LED城市道路照明灯具驱动电源维护方案探索_王德镇.pdf

2023 年 2 月第 34 卷第 1 期照明工程学报ZHAOMING GONGCHENG XUEBAOFeb2023Vol.34No.1LED 城市道路照明灯具驱动电源维护方案探索王德镇1，宗桢2，冀晓健1(1.南京市城市照明建设运营集团有限公司，江苏 南京210000;2.南京铁道职业技术学院，江苏 南京210031)摘要:随着双碳政策的推行、绿色城市的发展，LED 光源凭借其功耗低、光效高等优点在城市道路照明中广泛应用。本文主要介绍了 LED 城市道路照明灯具的应用情况以及维护中存在的问题，简述 LED 灯具驱动电源技术原理，推荐了 LED 灯具驱动电源统一的技术要求，探索出一种高效的 LED 驱动电源维护方案，为 LED 城市道路照明灯具维护标准化发展提供参考。关键词:LED;道路照明;驱动电源;LED 维护中图分类号:TM433文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1004-440X.2023.01.007esearch on Maintenance Scheme of Driving Power Supplyfor LED Urban oad Lighting LampsWANG Dezhen1，ZONG Zhen2，JI Xiaojian1(1.Nanjing Street Lamps Engineering Construction Co ltd，Nanjing210000，China;2.Nanjing Vocational Institute of ailway Technology，Nanjing210031，China)Abstract:With the implementation of“Dual Carbon”policy and the development of green city，LED lightsource is widely used in urban road lighting because of its low power consumption and high efficiencyFirstly，this paper mainly introduces the application and maintenance problems of LED urban road lightinglamps Then it briefly describes the technical principle of LED lamp drive power supply and recommendsthe unified technical requirements of LED lamp drive power supplyFinally，it explores an efficientmaintenance scheme of LED drive power supply，and provides a reference for the maintenancestandardization development of LED urban road lighting lampsKey words:LED;road lighting;drive power supply;LED maintenance通信作者:冀晓健，E-mail:490134020 引言LED 光源是人类照明历史上的第四次革命，凭借寿命长、光效高、光衰低等优点，近年来逐步发展成为主流照明光源。由于 LED 灯具在城市道路照明中应用时间较短，且其灯珠寿命长，LED 灯具的主要故障是驱动电源故障1。目前相关国家标准尚未对 LED 灯具驱动电源的输出规格进行统一规定，因此不同品牌驱动电源之间兼容性较差，这也掣肘了城市道路照明维护标准化的发展。以南京市城市道路功能照明 LED 灯具为例，现维护的 LED 照明灯具品牌杂、规格多，不同灯具使用的驱动电源品牌、规格、类型也不尽相同，维护时不易从外观判断驱动电源的类型、灯具匹配参数，甚至出现更换相同电源无法正常点亮灯具的情况，相关部门不得42照明工程学报2023 年 2 月不大量增加备品备件，维护成本较高。因此探索LED 灯具驱动电源维护方案不仅可以减少 LED 灯具维护的困难、增加维护便利性，同时能够加强城市道路照明标准化技术管理。1LED 驱动电源技术简介LED(发光二极管)具有单向导电性，因此必须采用直流电或单向脉冲驱动。道路照明 LED 灯具的电能来源主要是由 220 V 市电提供的，驱动电源是将 220 V 市电经过电压调整、整流、滤波、稳压(或稳流)等环节转换为直流电2，为 LED 提供工作电流。驱动电源按输出方式可以分为恒压驱动和恒流驱动，由于 LED 是电流型器件，恒流驱动相较于恒压驱动更适合 LED。因此，目前多数 LED 道路照明灯具采用恒流型驱动电源。LED 灯具按驱动电压分为低压驱动和高压驱动两种驱动模式。道路照明 LED 灯具的驱动电源通过不同电路结构对 220 V 市电进行调整，其中低压驱动的 LED 灯具常用 20 62 V 电压驱动(以南京市道路照明 LED 灯具为例统计)，相较于市电的压差较大，电压调整过程中的损耗较大，整体效率较低3。而且，低压驱动的 LED 灯具驱动电流较大，线损随之增加，对驱动电源 PCB 板性能要求也更高，成本升高的同时也增加了驱动电源的故障率。因此，作为户外使用产品的 LED 道路照明灯具基本采用高电压低电流的驱动模式。综上，虽然 LED 道路照明灯具投用年限较短，早期可靠性较差，但是近年来 LED 技术发展迅速，尤其是驱动电源技术，行业已经积累一定的经验。对于 LED 户外应用场景而言，道路照明 LED 灯具采用恒流驱动电源以高电压低电流输出的驱动模式，是一种可靠的技术方案。2LED 驱动电源推荐技术要求统一 LED 驱动电源的技术要求是从源头降低后期维护难度的有效方法。为统一规格、易于辨别、便于维护，驱动电源应从驱动类型、技术参数及设计工艺三方面重点把控，其中驱动类型及技术参数要求可以成倍减少驱动电源的规格、型号，且便于维护时识别驱动电源的输出参数，设计工艺要求能够延长 LED 整灯户外使用寿命，减少可规避的故障，同时增加维护的便捷性。以南京城市道路照明为例，结合 LED 推广以来的维护难题及行业经验，首先推荐采用恒流型的驱动电源及高电压低电流输出的驱动模式，进而在江苏省道路 LED 照明应用技术规程(T/JMAS0012017)的基础上，有针对性地对 LED 驱动电源技术参数值、设计工艺等进行推荐。表 1LED 驱动电源技术参数推荐值Table 1ecommended values of LED drive powertechnical parameters序号灯具功率/W输出电流/A 最大外形尺寸/mm电源效率1300.7150 70 4088%2600.7150 70 4088%3900.7160 70 4090%41200.7180 70 4090%51600.7180 70 4092%62001.05200 70 4092%72401.05220 70 4092%82801.05250 70 4092%93201.05250 70 4092%按照 T/JMAS 0012017 的规定，LED 道路照明灯具功率分为 9 档，分别为 30 W、60 W、90 W、120 W、160 W、200 W、240 W、280 W、320 W。表 1 中对 LED 道路照明灯具的驱动电源输出电流、最大外形尺寸、电源效率进行了推荐。其中输出电流分为 2 档:30 160 W 灯具为 0.7A;200 320 W灯具为 1.05 A，有效地减少了由于输出参数不一增加的驱动电源规格，避免了维护时电源规格判断错误。由于灯具的电气腔空间有限，需要限制驱动电源的最大尺寸，根据对南京城市道路照明 LED 灯具驱动电源尺寸进行统计，推荐了每档功率灯具驱动电源的最大外形尺寸，其中宽度、高度的最大尺寸分别为 70 mm、40 mm，长度最大尺寸在 150 250 mm范围内随功率增大而增大。为避免电源效率过低，表中也对不同功率灯具驱动电源的最低效率进行了推荐，其中最低不低于 88%。LED 驱动电源维护不仅要求规格统一，而且需要质量好、寿命长、性能佳的产品，因此不仅需要推荐技术参数值，还要对其设计工艺进行推荐，详细要求如下:(1)在下列自然条件下驱动电源应能长期安全稳定工作:环境温度 20 50;相对湿度 10%90%(25 5);第 34 卷第 1 期王德镇等:LED 城市道路照明灯具驱动电源维护方案探索43(2)防护等级应不低于 IP65，且应采用机械结构防水，不应使用胶水;(3)部件采用模块化结构，组合可靠、更换灵活，部件之间采用快速电线连接器(图 1)连接，具体接口标准按照 LED 照明应用与接口要求 非集成式 LED 模块的道路灯具(GB/T 352692017)执行;图 1快速电线连接器Fig.1Fast wire connector(4)输出稳定，且具有防止过电压、过电流、过热、反向电压等综合自保护措施;(5)预留单灯控制接口(0 10 V 电压调光);(6)内置浪涌保护器，浪涌抑制性能的电压保护水平应不低于 5 kV(线线)和 10 kV(线地)。综上所述，推荐驱动电源技术参数、设计工艺，统一了 LED 道路照明灯具驱动电源技术要求，有效减少了驱动电源规格型号，提高了驱动电源产品性能，减轻了 LED 道路照明灯具维护难度，节约了维护成本，并且为道路照明灯具维护标准化做铺垫。3LED 驱动电源维护推荐方案LED 道路照明灯具驱动电源推荐技术要求解决了未来新投入使用的道路照明灯具问题，但是存量使用的 LED 道路照明灯具维护仍无法解决驱动电源品牌多、不易判别驱动电源类型及灯具匹配参数等难题，因此探索一种操作性强、标准化高的驱动电源维护方案具有非常高的研究价值。由于 LED 推广应用至今仍在不断迭代升级，现在使用的 LED 道路照明灯具不仅存在相同功率的驱动电源规格不同的情况，还存在 LED 灯珠驱动模式不同的问题，因此 LED 灯具驱动电源维护推荐方案需充分考虑存量使用的 LED 灯具情况，对不同驱动模式的 LED 灯具维护进行区分。对于高电压低电流驱动模式的 LED 灯具，驱动电源维护时推荐参考“LED 驱动电源推荐技术要求”中的规定，并且维护驱动电源可在满足最低效率限制的基础上，选择型号、参数相近的驱动电源更换，实现对 9 档功率的 LED 灯具就近覆盖，以此来减少备品备件种类。对于低电压高电流驱动模式的 LED 灯具，除输出电流外，驱动电源维护仍推荐参考“LED 驱动电源推荐技术要求”中的规定，并采用就近覆盖的原则进行匹配。输出电压及电流应参考原驱动电源的输出参数，并结合灯具规格信息进行相应调整，从而使灯具、电源性能最优。图 2LED 驱动电源维护推荐方案前后对比Fig.2Comparison of LED drive power supplymaintenance recommendation以南京市城市道路照明为例，对统计的 77 款道路照明灯具维护方案进行推荐。其中有 52 款高电压低电流驱动模式的灯具和 25 款低电压高电流驱动模式的灯具，包括 30 多种不可互换的驱动电源。为便于对比分析，推荐方案的驱动电源采用相同品牌，依据“LED 驱动电源维护推荐方案”，推荐了 77 款灯具的驱动电源替换型号。如图 2 所示，驱动电源种类由原始方案的 30 降低至 12，减少了 60%;驱动电源输出参数种类由原始方案的 42 降低至 29，减少了 31%;其中大多数是低电压高电流驱动模式驱动电源，由于情况复杂，无法进一步参数规整和就近覆盖。由此可见，“LED 驱动电源维护推荐方案”可显著减少电源备品备件种类，且具备可靠的通用性、互换性。因此，在 LED 驱动电源维护时，综合考虑不同驱动模式的灯具，推荐在尽可能满足“LED 灯具驱44照明工程学报2023 年 2 月动电源技术要求”的基础上，采取就近覆盖原则，选择型号、参数与原驱动电源相近的驱动电源更换，更换前后光输出不应有明显差异。该方案不仅可以降低存量 LED 灯具驱动电源维护的难度，而且能够逐步规范存量 LED 灯具驱动电源的规格参数，减少现有维护灯具驱动电源的备品备件种类。4结语随着“双碳”政策的推行、绿色智慧城市的发展，LED 照明使用体量成倍增长，后期维护的工作量也随之增加。而驱动电源作为 LED 灯具较为薄弱的环节，是目前 LED 灯具后期维护的重点工作。因此，需要通过已发现的问题分析 LED 灯具驱动电源维护的需求，并以此为基础，形成对 LED 灯具驱动电源进行统一要求。本文提出的 LED 驱动电源推荐技术要求及 LED 驱动电源维护推荐方案已开始试点应用，有效地减少了维护的备品备件种类，规避了不同品牌兼容性差的问题，降低维护成本，增加维护便捷性，同时也在一定程度上规范了 LED 灯具的技术要求，保证了其可靠性，推进了 LED 城市道路照明灯具维护工作的标准化发展。参 考 文 献1 王双喜，叶家星，晏建宇，等 大功率 LED 驱动电源发展 现 状 J 照 明 工 程 学 报，2014，25(6):127-1322 蒋天堂 发光二极管的特性及驱动电源的发展趋势 J 光源与照明，2010(3):13-143 刘希庚 长寿命 LED 驱动电源变压器性能优化研究 D 沈阳:沈阳工业大学，2022.(上接第 40 页)48 Cossu G，Wajahat A，Corsini，et al5.6 Gbit/sdownlinkand1.5Gbit/suplinkopticalwirelesstransmission at indoor distances(1.5 m)C/TheEuropean Conference on Optical Communication(ECOC)IEEE，2014 49 亢烨，柯熙政 可见光通信中的多维编码 J 中国激光，2015，42(2):138-144 50 Wang Y，Tao L，Huang X，et al 8-Gb/s GBY LED-based 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