過10年左右的快速發(fā)展，LED照明已經(jīng)進入快速推廣階段，市場應(yīng)用從最初的南方地區(qū)逐步向中西部滲透擴展。但在實際應(yīng)用中我們發(fā)現(xiàn)，在南方用的很好的戶外照明產(chǎn)品，到了北方地區(qū)，尤其是東北、新疆等地區(qū)，產(chǎn)品的應(yīng)用受到新的考驗。本文通過分析寒地環(huán)境下影響LED照明的一些關(guān)鍵因素，找出對應(yīng)的解決策略，最終發(fā)揮出LED光源的應(yīng)有優(yōu)勢。

　　一、寒地環(huán)境下LED照明的優(yōu)勢

　　相對原有的白熾燈、熒光燈和高強度氣體放電燈而言，LED器件在低溫下的工作性能要好的多。這是和LED器件的溫度特性密切相關(guān)的，圖1是某品牌大功率LED器件溫度和相對光輸出曲線圖。可以看出，隨著結(jié)溫的降低，燈具的光通量會相對增大。另外，根據(jù)圖2我們可以看出，結(jié)溫的降低，還可以降低LED光源的光衰過程，延遲燈具的使用壽命，這也是大部分電子元器件的特性。

　　圖1 LED的結(jié)溫-相對光輸出曲線

　　圖2 LED的結(jié)溫-壽命曲線

　　二、寒地環(huán)境下LED照明面臨的困難和對策

　　雖然LED本身在寒地條件下有更多的優(yōu)勢，只有弄清這些制約因素，找到對應(yīng)的解決方案，就能充分發(fā)揮LED光源的優(yōu)勢，在寒地環(huán)境中大放異彩。

　　1.驅(qū)動電源的低溫啟動問題

　　主要的原因是現(xiàn)有的大部分成熟電源方案，都離不開電解電容的廣泛應(yīng)用。但是在-25℃以下低溫環(huán)境中，電解電容的電解質(zhì)活性明顯下降，電容容量衰減很大〔1〕(如圖3)，導(dǎo)致電路不能正常工作。要解決這個問題，目前有兩種方案：一是采用工作溫度范圍更寬的優(yōu)質(zhì)電容，當(dāng)然這會帶來成本的增加。二是采用無電解電容的電路設(shè)計，包括采用陶瓷疊層電容，甚至采用線性驅(qū)動等其他驅(qū)動方案。(a)鉭電解電容 (b)鋁電解電容

　　圖3 電解電容的溫度容量變化曲線

　　2.塑膠材料在高低溫沖擊下的可靠性問題

　　根據(jù)國內(nèi)外一些研究機構(gòu)的研究人員實驗證實：很多普通塑料和橡膠材料在-15℃以下的低溫下韌性變差，脆性增大〔2，3〕。對LED戶外產(chǎn)品而言，透光罩、光學(xué)透鏡、密封件以及部分結(jié)構(gòu)件都有可能采用塑膠材料，那么就需要對這些材料的低溫機械性能進行仔細考慮。

　　另外，LED燈具常采用塑膠件和金屬的配合結(jié)構(gòu)。由于塑料材質(zhì)和金屬材料在大溫差環(huán)境下的膨脹系數(shù)差異較大，例如燈具常用的金屬鋁和常用塑料材料的膨脹系數(shù)大概相差5倍以上，這可能會導(dǎo)致塑料材料破裂，或者兩者的間隙增大，最終致使防水密封結(jié)構(gòu)失效，進而產(chǎn)品出現(xiàn)問題。

　　在諸如東北這些高寒地區(qū)，從每年的10月份到次年的4月份，都可能處于冰雪季節(jié)。LED燈具在下午臨近傍晚開燈前，溫度可能低于-20℃以下，然后晚上通電工作后，由于燈具發(fā)熱，又可能使得燈體溫度上升到30℃～40℃以上，基本上每天燈具都要經(jīng)歷一次高低溫的循環(huán)沖擊。

　　針對這種情況，國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟從2010年開始，連續(xù)推出兩版的《寒地LED道路照明產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范》LB/T005，其中的關(guān)于高低溫沖擊的實驗方法，考慮了這種特殊環(huán)境下的工作方式，筆者認為非常值得借鑒和采納。試驗樣品應(yīng)經(jīng)歷圖4所示的2個溫度變化循環(huán)試驗，每個循環(huán)歷時5h。即：

　　試驗循環(huán)：5次;

　　每個循環(huán)時間：5h;

　　溫度曲線：按圖1規(guī)定;

　　溫度升降變化速率：0.5℃∕min～4.0℃∕min;

　　循環(huán)開始溫度：20℃;

　　低溫：-40℃，保持時間1h;

　　高溫： 40℃，保持時間1h;

　　通電方式：在圖1“A”點處開始通電至“B”點處。

　　圖4 寒地照明LED產(chǎn)品的高低溫沖擊實驗曲線

　　同時，還有一種觀點認為：不同可見光透霧能力是差不多的，理由是：不同光子的尺寸大小相比而言是綠豆和黃豆的關(guān)系，而相比霧粒子的尺寸，則相當(dāng)于是個足球。當(dāng)霧的濃度很大的時候，任何的光都很難穿過去。這個時候表現(xiàn)出來鈉燈的黃光比LED的白光霧穿透能力更強，其主要原因是在LED白光照射下，霧呈現(xiàn)白茫茫一片，而黃光則表現(xiàn)出很好的誘導(dǎo)性〔圖5〕。筆者認為這個觀點還是有一定道理的，我們可以通過圖5的兩張照片看出這種差異，左邊是LED的冷白光，右邊是鈉燈的黃光。

　　圖5 冷白光和黃光的誘導(dǎo)性對比照片

　　相對而言，高色溫LED的藍色成分比例較大，黃光和紅光的比例比例相對較少。高壓鈉燈和2700K的低色溫的LED中，藍光成分相對較少，黃光和紅光的成分則相對較大。而且鈉燈和2700K的LED相比，并沒有多少優(yōu)勢，如果考慮到LED顯色指數(shù)的影響，則低色溫的LED有更多的優(yōu)勢。因此，寒地照明中，應(yīng)該更多的考慮采用3000K以下的低色溫LED，具有更好的透霧能力和誘導(dǎo)性。

　　三、結(jié)語

　　我們通過對寒地環(huán)境下多個因素的分析可以看出，LED作為一種半導(dǎo)體照明器件，有它自身的很多優(yōu)勢，但也存在有別于傳統(tǒng)照明光源的一些問題，只有仔細的研究這些差異性，逐個認真分析解決，才能真正發(fā)揮出LED照明在寒地條件下的優(yōu)勢?！疚倪x自第2期《半導(dǎo)體照明》雜志