Особенности светодиодных уличных светильников

На выставке Light+Building ‘2008, прошедшей в апреле во Франкфурте, особое внимание привлекали уличные светильники, изготовленные на светодиодах. Безусловно, эта тема становится все более актуальной и в России. Особенно много таких светильников было представлено в павильоне № 10, который был выделен под продукцию китайских и тайваньских изготовителей. На первый взгляд, в изготовлении таких устройств нет ничего сложного. Большое количество светодиодов распаивается на печатную плату и устанавливается в готовый корпус. Попробуем разобраться, так ли это.

Тайваньская фирма High Power Lighting выпускает мощные светодиоды, которые широко используются многими фирмами-изготовителями уличных светодиодных светильников.

Недавно мы получили образцы таких светильников. По многочисленным просьбам клиентов специалисты нашей фирмы разобрали самый мощный светильник с максимальной потребляемой мощностью 150 Вт. В данном материале мы постараемся показать особенности его устройства.

Размеры светильника 630×315×120 мм, вес 8,5 кг. Алюминиевый корпус состоит из двух легких кожухов, между ними находится алюминиевый радиатор (рис. 1). В собранном состоянии между кожухами остается довольно широкая щель — 20 мм. Кожухи имеют большое количество вентиляционных отверстий. Сердцем светильника является пластина из фольгированного алюминия, на которую напаяны 126 светодиодов в корпусе 7×7 мм. Потребляемая мощность каждого диода 1,08 Вт. На пластину через резиновые прокладки крепится отражатель из полированного алюминия и рассеиватель из поликарбоната (рис. 2).

Пластина на теплопроводящей пасте крепится винтами на радиатор с хорошо развитым оребрением (рис. 3).

Известно, что сейчас существует два препятствия для внедрения светодиодов в общее освещение — это цена и проблема отвода тепла от мощных источников света. Если цена — это вопрос времени (светодиоды стремительно дешевеют), то вопрос отвода тепла не решается так просто. Внутри корпуса есть два прямоугольных радиатора. Алюминиевая труба для крепления к опоре тоже помогает отводить тепло. В этом светильнике используется патентованная технология Loop Heat Pipe (теплоотводящая трубка). Внешне это выглядит следующим образом: на верхнем кожухе без светодиодов расположена алюминиевая пластина, которая при сборке плотно примыкает к радиатору также через теплопроводную пасту. От этой пластины отходит патентованная трубка, расположенная по всей поверхности верхнего кожуха, которая, судя по всему, и отводит дополнительное тепло с радиатора на верхний кожух. Светотехнические параметры данного светильника приведены в таблицах 1, 2.

Питание светильника производится от герметичного блока мощностью 150 Вт со стабилизированным выходом. Входное напряжение этого блока может колебаться от 110 до 240 В. В этом диапазоне блок питания гарантированно выдает на выходе постоянное напряжение 48 В.

При эксплуатации светодиодных светильников важен момент, когда ранним летним вечером происходит включение освещения. Корпус светильника еще не остыл от нагрева солнца, и если светильник будет включен на полную мощность, возникает опасность перегрева светодиодов. Для уменьшения такой возможности некоторые изготовители (например, тайваньская компания AOP) предусмотрели установку в корпус термодатчика и блока автоматической регулировки мощности. Если немного помечтать, то можно добавить к блоку автоматики программное устройство, которое будет по таймеру увеличивать освещенность с наступлением позднего времени суток, а к утру уменьшать световой поток. Сейчас ведущими мировыми производителями микросхем разработана элементная база и протоколы для передачи данных прямо по сетевым проводам. Соответственно, уже доступна возможность управления с централизованного диспетчерского пульта в режиме реального времени не только моментом включения, но и яркостью уличного освещения. Можно представить, какую экономию электроэнергии принесет такая возможность.

Тайваньская фирма NEOPAC представляет серию светильников, изготовленных по принципиально другой технологии — не на дискретных светодиодах, а на готовых сборках с гарантированным встроенным теплоотводом (рис. 4, 5).

Запатентованная конструкция позволяет сборкам светодиодных кристаллов работать вщадящем тепловом режиме (не более +65 °С). Такие светильники уже устанавливаются для освещения Олимпийского стадиона в Пекине. В одном корпусе можно устанавливать сборки белого и желтого цвета, добиваясь требуемого уровня цветопередачи.

В зале № 14 японская компания Stanley Electric — крупнейший изготовитель автомобильной светотехники — представила свою концепцию создания уличных светильников (рис. 6).

Ее основой являются 5-ваттные модули размером 40×40 мм с тремя видами высококачественной оптики различных углов обзора (рис. 8).

Тройка таких модулей устанавливается на радиатор и представляет собой готовый конструктив для монтажа в корпус светильника (рис. 7). Особенности таких устройств:

• изготавливаются в сотрудничестве с японской фирмой NICHIA;
• решен вопрос с теплоотводом;
• неплохой набор предустановленной оптики.

Основными составляющими создания качественного светильника является правильный выбор светодиодов и грамотный расчет теплового режима. На рис. 9 видно, что световой поток падает на 10% после нагрева полупроводникового перехода до +50 °С.

Есть еще один важный график, который всегда приводится в технической документации светодиодов — зависимость максимальной мощности, потребляемой светодиодом, от температуры окружающей среды. На рис. 10 видно, что при недостаточном отводе тепла от светодиода требуется ограничение максимальной мощности уже при температуре 30 °С.

Теперь рассмотрим цены на светильники импортного производства. Разделив значения конечных стоимостей нескольких изделий на значения их световых потоков, можно вычислить приблизительную стоимость 1 лм (табл. 3).

Общим для всех перечисленных изготовителей остается подход к питанию светильников. Во всех конструкциях используется стабилизированный источник постоянного тока или напряжения с широтно-импульсной модуляцией. Именно благодаря применению стабилизированного блока питания достигается равномерный световой поток, не зависящий от падений напряжения в сети. Этим светодиодные светильники выгодно отличаются от традиционных, где световой поток сильно зависит от изменения напряжения в питающей сети. Есть еще одно, немного неожиданное преимущество светодиодных светильников перед традиционными светильниками. Последние значительно нагреваются во время своей работы. Ночные насекомые бьются об раскаленное стекло, загрязняют его, и через некоторое время световой поток довольно сильно уменьшается. А рассеиватель светодиодного светильника нагревается максимум до 40–50 °С, благодаря чему таких проблем не возникает. Есть еще безусловные преимущества:

1. Светодиодные светильники не требуют специальной утилизации, так как не содержат ртути, ее производных и других ядовитых или вредных составляющих.
2. Высокий индекс цветопередачи CRT 80-85.
3. Отсутствие мерцаний, свойственных люминесцентным и газоразрядным источникам света.
4. Отсутствие броска тока и перегрузки электросети в момент включения.