摘要 LED 作为一种新颖的固体照明光源，具有生产过程以及产品几乎无污染，
不怕震动，可轻易实现 0~100%的连续调光，能在安全特低电压下工作，可连续
工作于开关闪断的工作状态以及其光输出具有定向性等诸多独特的优势，近年来
在其光效和光色上的明显进步已使它能进入商业化应用。但由于我国计划经济产
业布局的影响以及 LED 的专业知识和照明电器综合知识在从业人员中普及的不
足，造成了在实际的设计和应用中，没有针对 LED 的特点进行扬长避短的应用，
出现了众多不合理及不合格的应用产品。本文就 LED 应用于道路灯具中目前存
在的问题进行了分析，也给出了解决问题的思路和实例，供广大同行参考。
关键词：多光源、定向发光、三次配光、过度照明、系统效率、LPD
引言
LED 应用于照明领域，是目前我国乃至世界照明界的热门话题，通过从业
人员的不断努力，目前照明用白光 LED 在通常的照明工作条件下的系统效率（包
括驱动电路），已达到 40lm/W，再加上照明用 LED 制造成本的大幅下降，所以
照明用白光 LED 已具备应用到一些照明领域的商用条件。但是，由于我国从计
划经济时代以来很多年的产业结构分布所造成的局面，使得目前制造照明 LED
的产业群体往往缺乏对照明电器基本知识和要求的了解，而传统的照明灯具生产
群体也往往缺乏对照明用 LED 特性的深入了解，在设计和应用中没有充分地利
用 LED 的特点，进行扬长避短的使用，所以造成了在照明 LED 应用到照明装置
中时，产生很多不合理的错误设计。本文就目前照明用 LED 应用于道路灯具中
的一些主要问题，提出如下的见解。
一． 照明用 LED 在道路灯具中使用的特长
1．普通道路照明灯具的现状和缺陷
目前道路灯具中普遍采用的光源是高压钠灯或金属卤化物灯，这两种光源的
最大特点是，发光的电弧管尺寸小，由尺寸很小的电弧管产生很大的光输出，并
且具有很高的光效，前者包括配套电器，可达 110 lm/W，后者包括配套电器可
达 80 lm/W。但这类光源应用在道路灯具中时，只有 40%左右的光是直接透过玻
璃罩到达路面的，其他的光是通过灯具反射器再投射出灯具的，目前普遍采用此
类光源的传统灯具基本都存在两个不足，一是灯具直接照射的方向上照度很高，
在次干道上可达 50 lx 以上，这一区域属于明显的过度照明，而两个灯具的光照
交叉处的照度仅为灯下照度的 40%～20%。二是此类灯具的反射器的效率一般仅
为 50%~60%，所以有 60%左右的光输出在灯具内，是在损失了 40%~30%后再投
射到路面上的。此类灯具的总体效率一般都在 70%左右（只有国际著名品牌的此
类道路灯具其效率可达到 80%），并且上述的过度照明区域中过多的照度也属于
浪费。综合分析上述传统的道路灯具其综合的有效照明效率（扣除过度照明部分）仅为 50%。也因为上述原因，目前我国次干道的照明效果（路面照度和照度的均
匀度）基本都达不到 CJJ45-2006 和 CIE31 以及 CIE115 标准的要求。
2．目前采用 LED 光源的道路灯具的配光现状
目前 LED 在道路灯具中使用的最普遍形式主要有两类，一类是采用传统的
道路灯具外壳，只是在灯具内，在一个几乎是平板的安装面（也是反光面）上，
装上了矩阵式的 LED，这种设计方式是不可能得到良好的灯具配光的。另一类
是把多个 LED 集成在一个圆形的区域内（区域直径大约为 30mm~40mm），使这
一小区域的光输出密度接近高强度气体放电灯，再利用灯具反射器进行配光，但
这种设计方式的灯具分布光度也不会优于传统的道路灯具，并且由于在一个很小
的区域内集成了高密度的 LED，使 LED 的散热情况明显不良，不仅影响到 LED
的发光效率，而且也往往影响到 LED 的使用寿命。
3．照明用 LED 的特长及应用。
目前照明用 LED 的最大特点是具有定向发射光的功能，因为目前功率型
LED 几乎都装有反射器，并且这种反射器的效率都明显高于灯具的反射器效率。
另外，LED 的光效检测时已经包括了自身反射器的效率。采用 LED 的道路灯具
应尽可能地利用 LED 的定向发射光的特性，使道路灯具中的各个 LED 分别直接
把光线射向被照路面的各个区域，再利用灯具反射器的辅助配光，来实现很合理
的道路灯具的综合配光。应该说，道路灯具要真正做到符合 CJJ45-2006 和 CIE31
以及 CIE115 标准的照度和照度均匀度要求，灯具内应包含三次配光的功能才能
比较好地实现，而带反射器的并且具有合理的光束输出角度的 LED 本身就具有
良好的一次配光功能。在灯具内，能按照路灯高度及路面宽度设计各个 LED 的
安装位置和发射光的方向就能实现良好的二次配光功能。在此类灯具中的反射
器，只作为辅助的三次配光手段，来保证道路照度更好的均匀度。笔者在今年 9
月下旬参加了由上海市照明学会组织的对威海市次干道采用 LED 光源道路灯具
的试验道路段的验收，这一试验道路的灯具及布局就是采用上述原理设计的，从
现场的实测结果来看，这一试验路段正是充分利用了 LED 合适的定向发光功能，
并采用了三次配光方式，不仅使次干道道路的照度和道路路面的照度均匀度达到
了国家标准的要求，而且在灯具的主要照明方向上，也防止了此区域的局部的过
度照明。由于充分利用了 LED 的特点，并用合理的配光方式充分地利用了 LED
的光输出，从而弥补了 LED 本身光效不如 HID 光源的不足，使整个道路单位面
积在达到标准要求的前提下，其能耗仅为采用高压钠灯道路灯具的原照明设计的
能耗的 70%左右，取得了明显的节能效果。目前各级政府都大力推行节能减排，
在室内照明中，已经强制执行照明功率密度（LPD）的限值。我国的道路照明节
能认证的技术标准《道路照明灯具节能认证技术要求》将在明年初完成，该技术
要求提出了道路照明功率密度（LPD）的考核要求，其核心部分是在满足道路路
面的照度和照度均匀度的前提下尽可能地降低照明功率密度（单位：W/m2），从
而达到节能的目的。上述采用 LED 的道路灯具的设计思路正是迎合了《道路照
明灯具节能认证技术要求》考核要求。目前加拿大政府已经按道路照明功率密度
（LPD）的要求，推行其道路照明节能工作，估计在不远的将来会有更多的国家
按 LPD 的要求推行其道路照明节能工作。
在实际的道路照明灯具的设计中，可采用在基本设定每一个 LED 投射方向
的前提下，把每一个 LED 用球形万向节固定在灯具上，当灯具使用于不同的高
度和照射宽度时，可通过调整球形万向节使每一个 LED 的照射方向都达到满意
的结果。在确定每一个 LED 的功率、光束输出角度时，可根据 E（lx）=I(cd)/D(m2
)
(照度和光强距离平方反比定律)，分别计算出各 LED 在基本选定光束输出角度
时应该具备的功率，并且可以通过调整各 LED 的功率以及 LED 驱动电路输出给
每一个 LED 不同的功率来使每一个 LED 的光输出都达到预计值。这些调整手段
都是采用 LED 光源的道路灯具所特有的，充分利用这些特点就能实现在满足道
路路面的照度和照度均匀度的前提下降低照明功率密度，达到节能的目的.
二． 采用 LED 的灯具设计的其他问题及解决方案
1．LED 的散热工况和 IP 防护
LED 的工作工况和散热不仅直接关系到 LED 实际工作时的发光效率，而且
还关系到 LED 的使用寿命。又因为在户外使用的道路灯具，应具有一定等级的
防尘防水功能（IP），良好的 IP 防护往往会妨碍 LED 的散热。解决这个相互矛
盾但又都得解决的两个问题是道路灯具设计时应关注的一个重要方面。在这一方
面也是国内把 LED 应用于道路灯具中时出现不合格及不合理的情况最多的。国
内目前使用中出现的不合格及不合理的情况基本有：
（1）对 LED 采用了散热器，但 LED 连线的接线端子及散热器的设计无法
达到 IP45 及以上等级，无法满足 GB7000.5/IEC6598-2-3 标准的要求。
（2）采用普通的道路灯具外壳，在灯具出光面内用矩阵式 LED，这种设计
虽说能满足 IP 试验，但是由于灯具内的不通风会造成在工作时灯具内腔的温度
会升高到 50℃~80℃，在如此高的工况下，LED 的发光效率是不可能高的，同时
LED 的使用寿命也将大打折扣。
（3）在灯具内采用了仪表风扇对 LED 及散热器进行散热，其进风口设计在
灯具的下方，以避免雨水的进入，出风口设计在下射 LED 光源的四周。这样也
能有效避免雨水的进入，另外散热器和 LED（光源腔）不处于同一空腔内，这
种设计如做的好，按灯具的 IP 试验要求，能顺利通过。（有一企业采用了上述设
计思路，其产品的还通过了 VDE 的 IP65 试验）这一方案，不仅解决了 LED 的
散热问题，而且同时满足了 IP 等级的要求。但是这种看似良好的设计，实际上
存在明显的不合理情况。因为在我国绝大多数道路灯具的使用场合，空中的飞尘
量是较大的，有时会达到很大（例如起沙尘暴），这类灯具在一般条件下使用一
段时间后（约三个月至半年），其内部散热器的缝隙内就会塞满灰尘，使散热器
效果大打折扣，最后还会使 LED 因工作温度过高而使用寿命明显缩短。这一方
案的不足是在于不能持久良好地使用。要兼顾道路灯具中 LED 的散热及 IP 防护，
较合理的设计指导思想是（1）在关键的散热位置，采用导热板。导热板是在金
属板的内部，均布有供冷媒流动的细导管，并在细导管内充有冷媒，当导热板的
某一部位受热时，细导管内的冷媒会快速流动而使热量迅速地传导。好的导热板
的热传导系数可以达到同厚度铜材板的 8~12 倍，虽说价格较高，但如在关键部
位使用，对 LED 的散热将起到事半功倍的作用。（2）把灯具的外壳设计成散热
器状。目前大部分的道路灯具外壳是铝材的，直接利用灯具外壳外面作为散热器
既可以保证 IP 防护等级的要求，也可以得到很大的散热面积，另外，灯具外壳
组成的散热器在有落尘时，可以通过自然的风雨而冲洗，从而可保证散热器工作
的持续有效性。
2．LED 驱动电路的效率和输出特性
LED 对驱动电路的要求是能保证恒流输出的特性，因为 LED 正向工作时结
电压相对变化区域很小，所以保证了 LED 驱动电流的恒定也就基本保证了 LED
输出功率的恒定。对于我国电源电压供应不稳定的现状，道路灯具 LED 的驱动
电路具有恒流输出特性是十分必要的，可保证光输出恒定并且防止 LED 的超功
率运行。要想使 LED 驱动电路呈现恒流特性，从驱动电路的输出端向内看，其
输出内阻抗一定是高的。工作时，负载电流也同样通过这一输出内阻抗，如果驱
动电路由降压、整流滤波后加直流恒流源电路或通用的开关电源加电阻电路组
成，在其上必定也消耗很大的有功功率，所以此两类驱动电路在基本满足恒流输
出的前提下，效率是不可能高的。正确的设计方案是采用有源电子开关电路或采
用高频电流来驱动 LED，采用上述两种方案可以使驱动电路在保持良好的恒流
输出特性的前提下，仍具有很高的转换效率（有关 LED 驱动电路提高效率的介
绍请参阅《中国照明电器》2007 年第 6 期）。
3．野外照明灯具中电子驱动电路的防雷电感应
目前我国的道路灯具，基本都采用 HID 光源加配触发器和电感镇流器的模
式，这一模式虽说存在能效较低及频闪的问题，但其可靠性是很高的。而采用电
子驱动电路的 LED 灯具，在野外照明场合使用时，威胁其可靠性的一个重要方
面是雷电感应问题。众所周知，空中的闪电发射的是一光谱的无线电波，而架空
的道路灯具供电线路，是良好的接受天线。两根电源线接收的同一闪电发出的无
线电波，对驱动电路来讲是属于共模干扰信号，这种共模干扰对地可达数百伏到
数千伏，很容易击穿驱动电路内的 EMC 接地电容或较小的对地（对外壳）的电
气间隙，造成驱动电路的损坏。另外由于我国的供电线路是三相四线制中性线接
地的极性电源，所以在两根架空供电线的各段，在感应到闪电的无线电波的瞬间，
由于两根供电线对地的瞬时阻抗不同而使两根供电线间产生一个差模的干扰电
压，这一瞬时差模干扰电压也可达到数百伏至 3000 多伏，这一电压往往会击穿
驱动电路的电源整流二极管和印制线路板上的不同极性电极间的电气间隙，同样
会使驱动电路损坏。要解决这一问题，必须在 LED 的驱动电路中的输入端，并
接快速响应的压敏电阻，以保证差模干扰的泄放。由于闪电的感应干扰是重复多
次的，当干扰电压高时，压敏电阻瞬时导通泄放的电流可能很大，所以采用的压
敏电阻不仅应具有快速的响应能力，还应具备瞬时导通数十安培的泄放能力而不
损坏。除了采用压敏电阻外，LED 的驱动电路的输入端还应结合传导干扰（EMI）
的防护，设计有复合的 LC 网络，使这些 LC 网络不仅能阻碍内部的 EMI 对电网
的泄露，而且能对闪电的干扰信号起到明显的抑制作用。还有，LED 驱动电路
各点对地的电气间隙应保持在 7mm 以上，EMI 防护的接地电容以及驱动电路的
对地电气强度，应达到双重绝缘或者加强绝缘（4U+2750V）的要求，这样能使
LED 的驱动电路具有良好的抗差模和共模雷电感应的能力。
结论语
LED 作为一种新颖的固体光源，具有生产过程及产品几乎无污染，不怕震
动，可实现 0~100%的连续调光，可在特低电压下工作，可连续工作于开关、闪
断的工作状态以及其输出光具有定向性等诸多的独特优势，近年来在其光效和光
色上的明显进步已使它能进入商业化应用，但是在设计使用时一定要充分关注
LED 的特点，进行扬长避短的应用，才能取得预期的良好效果。目前的 LED 应
用在道路灯具中，应充分发挥其具有定向光输出的功能，利用每一单个 LED 特
定光束输出角度和不同的光强输出以及安装方向的合理设计和灯具反射器的作
用，实现三次配光，最大限度地利用 LED 的直射光和定向性来保持 LED 发射光
的充分利用，保持道路照明的均匀性，以此来防止局部区域的过度照明，弥补自
身发光效率的不足，使系统效率得到可观的提高，在次干道上可取得在照度满足
标准要求的前提下，其单位面积的照明能耗比采用高压钠灯的灯具节能约 30%
的成绩。但 LED 就现在的能效水平以及输出光强水平，作为商业应用在主干道
路作为主照明，尚有不少差距。另外，采用 LED 作为光源的道路灯具，在设计
时应在满足 IP 防护的前提下，保证散热的可靠和持续有效，LED 驱动电路应具
有高效率且完善的 EMI 和 EMS 的防护特性。具备这些特点的 LED 道路灯具不
仅照明功率密度（LPD）指标好，而且具有输出光无频闪的优点，这对于运动物
的照明是十分有益的。