發(fā)光二極管(LED)技術(shù)由于其與傳統(tǒng)的白熾燈相比相對較高的功效(更高的每瓦流明)、二次光學(xué)(更好的透鏡/反光杯)、以及更大的熱耗散而迅速地革新著電氣照明行業(yè)。LED 照明技術(shù)快速發(fā)展，相關(guān)的成本也大幅下降，使得 LED 成為越來越多的應(yīng)用可行的照明解決方案。今天的 LED 燈比傳統(tǒng)的白熾燈具有更高的能源使用效率;由于以熱的形式而浪費(fèi)的能量很少，因此它們的效率比白熾燈高 6 到 7 倍，通常能夠?qū)⒛芎慕档?80% 以上。更高的可靠性和更長的使用壽命是 LED 燈具所具有的其他重要優(yōu)勢。然而，為了滿足更高的可靠性和更長使用壽命的期望，這些燈具必須加以適當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)以避免受到電氣危害。如果針對過電壓和其他干擾對其進(jìn)行適當(dāng)保護(hù)，LED 燈的使用壽命可達(dá)到傳統(tǒng)燈泡的 25 倍。

LED 由于其獨特的特性而被廣泛用于各種應(yīng)用，這些特性包括體積小巧、易于維護(hù)、耐破損、以及在單一方向聚焦燈光的能力。LED 燈具被廣泛應(yīng)用于道路照明、車庫照明、洗墻燈、交通照明、泛光照明、數(shù)字標(biāo)牌、隧道照明和街道照明等。

LED 照明設(shè)備所能實現(xiàn)的節(jié)能大約有三分之一是 LED 燈具使用壽命更長的結(jié)果。降低維護(hù)成本對于確保 LED 設(shè)備的長期成本效益來說至關(guān)重要。

沒有得到適當(dāng)保護(hù)的戶外燈具在任何時候都有可能出現(xiàn)故障，甚至是通過降低電費(fèi)來回本之前。鑒于政府機(jī)構(gòu)和物業(yè)所有人在將傳統(tǒng)照明設(shè)備更換為 LED 燈具時要支付高達(dá) 2至4 倍的價格，他們需要收回投資，但是如果 LED 照明燈具在規(guī)定的使用壽命期間被電源線電壓瞬變損壞，這就無從談起了。LED 照明一旦損壞，必須由承包商或路燈所有者維修。維護(hù) LED 戶外照明比初始安裝要更加昂貴，所以，產(chǎn)品使用的持續(xù)時間越長，通過節(jié)省電能來收回初始投資的機(jī)會就越大。

為了保護(hù)戶外 LED 照明在大約五到七年的投資回收期內(nèi)不出現(xiàn)故障，它們必須具有高耐用性和可靠性。交流電力線的瞬變浪涌事件，可能會損壞照明設(shè)備，是戶外 LED 照明設(shè)備的重大威脅。無論是傳統(tǒng)照明還是其他照明，沒有任何照明設(shè)備是不存在問題的。其中一些問題的原因，例如天氣或線路電壓尖峰和波動，很大程度上超出了安裝所有者或產(chǎn)品制造商力所能及的范圍。

GATEWAY 計劃

美國能源部(DOE)的GATEWAY 計劃從其開展的照明評估項目中獲得了一系列重要的觀察和結(jié)果。該計劃為高性能固態(tài)照明(SSL)產(chǎn)品的評估和演示提供支持，以獲得這種先進(jìn)照明技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用的經(jīng)驗數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。DOE 的 GATEWAY 計劃重點是為照明用戶和專業(yè)人員提供使用決策的獨立的第三方數(shù)據(jù)來源;這些數(shù)據(jù)應(yīng)與試驗中的特定場所和應(yīng)用相關(guān)的其他信息結(jié)合考慮。每份 GATEWAY 評估都將 SSL 產(chǎn)品與在該場所使用的現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行比較。根據(jù)可用的信息和環(huán)境，SSL 產(chǎn)品也可以與其他照明技術(shù)進(jìn)行比較。雖然 GATEWAY 計劃中使用的產(chǎn)品可能經(jīng)過了性能上的預(yù)篩選，但 DOE 并不為任何商業(yè)產(chǎn)品提供擔(dān)保，或以任何方式保證用戶使用這些產(chǎn)品會得到相同的效果。

DOE 關(guān)于 LED 使用壽命的研究 - I-35 大橋上的實驗

明尼阿波利斯市的I-35W大橋仍然是美國連續(xù)運(yùn)行中的最古老的戶外 LED 設(shè)施之一。DOE 在 2008 年 9 月發(fā)布了一份關(guān)于在這座橋上安裝的 LED 照明系統(tǒng)的長期性能的報告。該報告是對 LED 照明文獻(xiàn)的一份受歡迎的補(bǔ)充，它將受益于長期現(xiàn)場性能方面的額外數(shù)據(jù)。

DOE 最近一項關(guān)于 LED 亮度隨時間衰減的研究中預(yù)期LED設(shè)備壽命期間會有 30% 的流明衰減。在 6 年的測試期間，20 個受測的LED驅(qū)動電源其中有 2 個出現(xiàn)故障。戶外 LED 照明容易受到各種環(huán)境過度應(yīng)力的影響，包括大范圍溫度波動、污染和腐蝕、雨水和濕氣、陽光/紫外線輻射、風(fēng)和振動以及電力波動。電源線中的瞬變電壓對燈具可靠性構(gòu)成了重大威脅。即使沒有關(guān)于現(xiàn)場LED驅(qū)動電源故障的確鑿證據(jù)，DOE 的報告表明。至少有一些LED驅(qū)動電源故障是因浪涌保護(hù)不足所引起的。

隨著獲得越來越多的現(xiàn)場經(jīng)驗，以及各種其他因素的原因和影響得到了更好地記錄，特定地點的規(guī)范過程必須加以相應(yīng)地調(diào)整。燈具滿足當(dāng)?shù)貤l件的適合性就是其中一例。I-35W 大橋上的燈具是在規(guī)范者享有通過多年的戶外 LED 現(xiàn)場經(jīng)驗而獲得的知識所帶來的好處之前安裝的。這意味著這些設(shè)備可能會遇到一些其他方面可預(yù)防的問題，如測量到燈具功率和光學(xué)輸出的減少，或者甚至是那兩個留下故障記錄的LED驅(qū)動電源。在不知道這些問題的原因的情況下，不可能斷言，例如，是否可以通過更高水平的浪涌保護(hù)來面對當(dāng)?shù)氐碾妷核沧儾⒈苊膺@類的故障發(fā)生。隨著時間的推移，更多詳細(xì)的規(guī)范出籠, 不但符合特定地點的需求, 也減少甚至消除了那些產(chǎn)生不良影響照明表現(xiàn)的棘手問題。

結(jié)論

LED 燈具代表了 LED 照明技術(shù)的早期狀態(tài)，但是與傳統(tǒng)照明器材相比，它們繼續(xù)顯示出相對可靠的運(yùn)行性能。至今大約 2 萬小時的累計運(yùn)行，如果照明設(shè)計者選擇的是傳統(tǒng)的照明路線，那么到現(xiàn)在大橋?qū)⒅辽傩枰淮螐氐椎臒艟邠Q新，以及出現(xiàn)額外的早期故障，因為這是任何普通燈泡技術(shù)的典型問題。DOE 從 2008 至 2015 年對明尼阿波利斯市 I-35W 大橋的 LED 路燈進(jìn)行的為期六年的測試和研究證明，使用 LED 燈具始終具有較高的投資回報率。更高水平的浪涌保護(hù)可以進(jìn)一步將LED驅(qū)動電源故障最大程度降低并增強(qiáng)可靠性。2015 年后生產(chǎn)的所有戶外 LED 照明燈具必須符合美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ANSI)的標(biāo)準(zhǔn)，以獲得 LED 燈具的最大使用壽命。

關(guān)于作者

Henry Yu于 2011 年加入 Littelfuse 公司，目前是電子業(yè)務(wù)部高級技術(shù)營銷工程師。他負(fù)責(zé)目標(biāo)細(xì)分市場的業(yè)務(wù)開發(fā)，包括 LED 照明和云計算。他擁有臺灣大學(xué)的 BSME 和 MSME 學(xué)位。他曾于美國保險商實驗室擔(dān)任了五年的安全工程師?？赏ㄟ^hyu@littelfuse.com與他取得聯(lián)系。

側(cè)邊欄：戶外 LED 照明浪涌保護(hù)模塊

Littelfuse 的 LSP 熱保護(hù)壓敏電阻模塊專為戶外和商業(yè) LED 照明應(yīng)用而設(shè)計。其內(nèi)置的熱斷開功能可提供額外的保護(hù)，即使在 MOV 使用壽命終止或持續(xù)過壓條件的極端情況下，防止災(zāi)難性故障和火災(zāi)危險。LSP05 和 LSP10 模塊是可替換器件。串聯(lián)版具有特殊的指示功能，當(dāng)熱斷開功能被激活時會將照明燈光關(guān)閉。