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大功率白光LED道路照明系统的设计与实现

【摘要】: LED道路照明产品作为“绿色能源”已在国内外市场初具规模并逐渐扩大。但是在产品的实际设计中仍存在以下两个问题:第一:采用试错法对LED进行二次配光。缺点在于依赖于工程师的设计经验,耗时费力,设计效率低。第二,散热设计不科学。直接影响了灯具的使用寿命,使LED的节能优势发挥不出来。针对设计中所遇到的实际困难,本文提出了一种基于微分方程求解的设计方法。既解决了设计中的盲目性又确保了结果的准确性。针对120度的朗伯光源采用微分方程法进行自由曲面方程推导,通过数值求解直接得到自由曲面面型数据,用光学软件进行光线追迹验证该设计方法的合理性和可行性。基于散热分析软件对散热器进行正交试验模拟,通过优化得到耗材更少,散热更佳的模型结构。此外,选购器材,制作实物道路照明系统并进行测试,将测试结果与软件模拟仿真结果作比较分析进而验证本文设计的透镜和优化的散热器结构的合理性与可行性。 本文设计的透镜适合于安装在平面式阵列分布的LED上,因为LED的光线经透镜折射之后分布在整个有效照明区域内,根据路面照度要求只需要简单的增加或减少LED数目。这种设计简化了散热器的结构,使得模型更易于加工。实验结果表明,10m的安装高度,系统总功率为184.5W,LED总功率为163.3W的实物照明系统在30×10m2和35×10m2的效照明区域内均匀度分别0.5和0.41。而本文设计透镜在DIALUX软件模拟结果表明,在30×10m2和35×10m2的有效照明区域照度均匀度分别达到0.78和0.645,相对于标准中的0.4,分别高出95%和61.25%。 在散热效果方面,本文的道路照明系统在室温为24.5℃密闭室内,连续工作7小时之后,LED芯片结温维持在80℃以内。远小于LED管芯最高耐温值125℃。而优化后的散热器模型,在相同工作环境下相比原模型使LED最高芯片结温下降4.01℃,其重量仅为原模型重量的71.6%,有效的节省了散热材料的使用。 本文通过数学算法计算直接得到自由曲面面型数据点,有效的提高了透镜设计效率。基于CAD,进行有效的散热设计与分析,对LED道路照明产品的开发设计具有指导意义。

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