如何提升LED道路照明應(yīng)用可靠性

LED道路照明應(yīng)用在各地政策推動(dòng)下建設(shè)的如火如荼，LED作為綠色照明產(chǎn)品應(yīng)用于路燈照明，也是地方培育以低碳排放為特征的新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的新“引擎”。但由于產(chǎn)品品種多、技術(shù)難度大、各家企業(yè)的技術(shù)水平差異和評(píng)價(jià)方式不一等原因，導(dǎo)致部分地區(qū)也有不成功的案例，為此筆者連線了鑫源盛科技股份有限公司技術(shù)總監(jiān)管新寧Ph.D.就LED道路照明的可靠性問(wèn)題，作了了解，希望對(duì)業(yè)內(nèi)有所啟迪。

管新寧先生對(duì)失敗案例有自己的看法，他認(rèn)為：“近年來(lái)在全球環(huán)保潮流之下，LED照明產(chǎn)業(yè)迅速興起，有許多科技公司投入此新興產(chǎn)業(yè)，但由于LED照明信賴性能標(biāo)準(zhǔn)未能實(shí)時(shí)訂定、妥為規(guī)范，導(dǎo)致個(gè)別產(chǎn)品無(wú)法通過(guò)考驗(yàn)、嚴(yán)重光衰收?qǐng)?，主要原因是無(wú)設(shè)計(jì)理論性研究為檢視支柱，因而造成使用業(yè)主疑慮，也因此推遲產(chǎn)業(yè)發(fā)展時(shí)機(jī)。為此LED照明解決方案供貨商鑫源盛科技(Thermalking)，提供了高性能LED路燈多項(xiàng)組件至燈具系統(tǒng)的各項(xiàng)重要技術(shù)指針規(guī)格數(shù)據(jù)，供業(yè)界參考。”

LED芯片與封裝組件發(fā)光效率關(guān)鍵技術(shù)指針部分，首要之LED芯片與封裝組件關(guān)鍵技術(shù)，歐美、日廠商均已量產(chǎn)突破發(fā)光效率100~120lm/W以上，超越傳統(tǒng)最高效率的HID光源(發(fā)光效率90~110lm/W)，解決目前LED燈具總體光效不足≧45lm/W問(wèn)題，滿足道路照明壽命長(zhǎng)、光衰低，符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)平均照度，達(dá)25~40Lux規(guī)格與節(jié)能30~60%需求。

LED發(fā)光效率、溫升與壽命規(guī)格關(guān)鍵技術(shù)指針部分，檢視CREE或OsramLED等業(yè)者所公布的數(shù)據(jù)，其芯片PN結(jié)工作溫度Tj＜75~85℃，方能確保高于85%出光效率下工作壽命達(dá)5萬(wàn)小時(shí)，且芯片PN結(jié)至本身導(dǎo)熱片(Tjs)溫升為ΔT＝6~15℃之間，另外LED光效率與工作溫度成反比性能特性，每升高10℃，就會(huì)導(dǎo)致光衰3~6%并且壽命減半的嚴(yán)重后果，與一般宣傳LED可工作于100~125℃壽命可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)以上的論點(diǎn),卻忽略在此條件下已造成光效率折損25~30%的觀念相去甚遠(yuǎn)。

LED路燈系統(tǒng)熱傳散熱環(huán)境溫度關(guān)鍵技術(shù)指針部分，此類燈具系統(tǒng)工作溫度不得高于85-10=75℃；臺(tái)灣LED道路燈具規(guī)范CNS15233規(guī)定，耐久性試驗(yàn)環(huán)境溫度為50℃，因此路燈散熱系統(tǒng)溫升必須小于ΔT≦25℃。以鑫源盛科技150WLED路燈為例，熱傳散熱系統(tǒng)溫升測(cè)試低達(dá)ΔT≦13℃，計(jì)算其熱阻值Tr=0.08℃/W，而多數(shù)業(yè)界廠商設(shè)計(jì)系統(tǒng)溫升測(cè)試ΔT≒30~40℃，計(jì)算其熱阻值Tr=0.2~0.26℃/W；以相同條件下鑫源盛科技的產(chǎn)品較其它廠商產(chǎn)品壽命將增長(zhǎng)2倍且亮度增加15%以上。另外以鑫源盛科技350WLED燈具測(cè)試，其散熱系統(tǒng)溫升仍能達(dá)成ΔT＝15℃，熱阻值Tr＝0.04℃/W。

LED路燈系統(tǒng)熱傳散熱關(guān)鍵技術(shù)部份，電子機(jī)器設(shè)備熱傳、散熱方法有適用于小功率自然散熱方法，目前如MR16/PAR30由1~70W產(chǎn)品，系統(tǒng)溫升已高達(dá)30~40℃。若超過(guò)100W仍使用自然散熱方法，就如同目前市面上大部分產(chǎn)品，必須使用大量鋁合金材料增加導(dǎo)熱量和超大的熱交換面積，體積重量動(dòng)輒2、30Kg，非但增加燈具成本更增添了燈桿燈具安全懸掛的風(fēng)險(xiǎn)。自然散熱的定律為使用越重越大面積的金屬材料來(lái)降低溫度，效果越好，但僅鋁合金材料成本即增加60~200元新臺(tái)幣/公斤，若干廠商號(hào)稱使用熱管或回路熱管即可達(dá)到散熱效果，這僅僅解決了熱傳導(dǎo)，不論是熱管或者是回路熱管都只有熱傳導(dǎo)的功能并沒(méi)有散熱的功能，若要達(dá)到良好散熱必須使用相對(duì)瓦數(shù)的有效散熱面積也就是必須增加大面積的金屬材料來(lái)做熱交換；否則必須改用工業(yè)級(jí)高信賴性冷氣機(jī)空調(diào)、計(jì)算機(jī)CPU等高階大功率產(chǎn)品所使用之主動(dòng)強(qiáng)制散熱方法，高效率、軍規(guī)的小風(fēng)扇壽命保證7萬(wàn)小時(shí)，并具備IP65防水防塵等級(jí)，再加上熱導(dǎo)管與散熱鋁鰭片等適當(dāng)?shù)脑c合理的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)測(cè)試燈具系統(tǒng)溫升可低達(dá)ΔT≦12~15℃，與自然散熱方法比較降溫達(dá)25℃，壽命將增加2倍且光效率亮度增加10~15%以上。

LED路燈系統(tǒng)可靠性、耐久性環(huán)境適應(yīng)性能測(cè)試指標(biāo)部分，一般LED燈具產(chǎn)品設(shè)計(jì)均未考慮到落塵防護(hù)系統(tǒng)，室外道路用燈具必需完全防止砂塵暴、膠質(zhì)懸浮物、重力落塵堆積于散熱結(jié)構(gòu)，以避免導(dǎo)致LED過(guò)熱燒毀之問(wèn)題。若散熱結(jié)構(gòu)朝向天面導(dǎo)致落塵堆積，熱累積無(wú)法發(fā)散，將可能產(chǎn)生LED光衰及燒毀狀況。要解決以上問(wèn)題，可設(shè)計(jì)采用散熱結(jié)構(gòu)朝向地面來(lái)因應(yīng)。其它抗鹽霧測(cè)試等等，鑫源盛科技現(xiàn)有產(chǎn)品經(jīng)戶外測(cè)試時(shí)間2萬(wàn)小時(shí)后，光衰＜10%、狀況良好。主干道路照明光學(xué)設(shè)計(jì)亦可達(dá)到世界標(biāo)準(zhǔn)，即10公尺高燈桿必須平均照亮橫幅40公尺的長(zhǎng)型路面，解決高難度光學(xué)鏡片設(shè)計(jì)，達(dá)到高寬比1:4之要求。另外核心燈芯技術(shù)模塊亦達(dá)到了輕巧化，不需依賴燈殼做為散熱體，因此燈體外型設(shè)計(jì)可任意變化形狀，達(dá)成各城市美觀特色。

做為一個(gè)高科技節(jié)能照明產(chǎn)業(yè)的從業(yè)人員必須認(rèn)清，良好的燈具散熱包含熱傳導(dǎo)、均溫性、熱交換等復(fù)雜的熱傳學(xué)傳統(tǒng)基礎(chǔ)硬理論為依歸，并非坊間所稱LED燈是冷光不發(fā)熱,又有以高貴的奈米科技或航天科技等單一原件或特殊材料尋求解決。終端客戶霧里看花之際，必須正視LED路燈的性能必須要有科學(xué)的數(shù)據(jù)、理論做支撐、完善的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法為方針、良好的制程為基礎(chǔ)，最后在以第三公正單位的檢測(cè)報(bào)告為依據(jù)，這樣才不會(huì)一再發(fā)生光衰退貨阻礙產(chǎn)業(yè)發(fā)展的惡性循環(huán)，臺(tái)灣鑫源盛科技愿意與全世界同業(yè)共同分享多年來(lái)的研究成果以及專利技術(shù)，其中包含了強(qiáng)制散熱、向下散熱、液態(tài)散熱等發(fā)明專利與數(shù)十項(xiàng)新型專利，共同攜手照亮全世界。