基于芯片驅(qū)動的三相全固態(tài)高光效LED隧道照明系統(tǒng)研究

李堅、辛猛、李朝峰、何沙

（廣東省交通開發(fā)有限公司，廣東廣州 511400）

0 引言

截至2021 年底，我國公路隧道建成通車達23268處，總里程數(shù)超24000km。隨著高速公路隧道的擴展，隧道照明運營成本不斷增加。據(jù)統(tǒng)計，照明消耗約占整個電力消耗的25%，結(jié)合國家節(jié)能減排方針，如何有效降低照明消耗，成為高速公路隧道照明技術(shù)重點研究方向之一。LED 光源具有亮度高、能耗低、壽命長、啟動快、功率小、無頻閃、不易產(chǎn)生視覺疲勞等優(yōu)點，其也因此成為當前道路和隧道照明的主要選擇[1]?，F(xiàn)有LED 照明光效通?？蛇_140lm/W，理論光效可超過200lm/W[2-3]。LED 光源雖然有價格高、散熱不足等缺點，但仍是隧道照明中比較具有發(fā)展前景的一種光源[4]。

文章提出一種基于芯片驅(qū)動的三相全固態(tài)高光效LED 隧道照明系統(tǒng)，將芯片技術(shù)應(yīng)用于LED 隧道照明系統(tǒng)，完全剔除開關(guān)電源，直接接入三相交流電，通過分布式直驅(qū)芯片的高度集成化控制，減少開關(guān)電源配置，并對燈珠分布進行控制，燈珠獨立工作、互不干擾，實現(xiàn)光電一體化控制。

1 系統(tǒng)及原理圖

基于芯片驅(qū)動的三相全固態(tài)高光效LED 隧道照明系統(tǒng)，由三相全波整流器和多盞直流高壓直驅(qū)LED路燈組成。三相交流全波整流所得直流高壓直接驅(qū)動LED 路燈，該路燈由多個同向串聯(lián)的LED 作為負載，并由專用集成電路根據(jù)流過LED 負載的瞬態(tài)電流大小對LED 負載個數(shù)進行分級控制，以保證在任何時刻流過LED 負載的瞬態(tài)電流都基本恒定。該系統(tǒng)是在220V 交流市電直驅(qū)LED 照明技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在可靠性方面，繼承了交流IC 直接驅(qū)動LED 的技術(shù)特點，因剔除了開關(guān)電源，所以系統(tǒng)中無變壓器、電感、電解電容、耐高壓MOS 管等易損壞元器件，從結(jié)構(gòu)上保證了可靠性，同時能夠根據(jù)供電電壓自適應(yīng)分配負載，可以應(yīng)對高低壓、高低溫等極端工況。另外，三相380V 交流市電克服了220V 交流市電的2 倍工頻（100Hz 或者120Hz）頻閃。由于直流高壓直驅(qū)，LED光源的利用率較高，因此光效會大大提高。高光效三相全固態(tài)LED 隧道燈一體化模組系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 高光效三相全固態(tài)LED 隧道燈一體化模組系統(tǒng)原理圖

2 隧道照明改造方案

和風山隧道及貓山隧道為雙向四車道，瀝青路面，行車速度100km/h。該項目隧道洞口L20（S）按照3000cd/m3取值。入口段亮度折減系數(shù)k 按照0.045 取值（k 值與原設(shè)計保持一致）。為減少對現(xiàn)有供配電設(shè)施及隧道主體結(jié)構(gòu)的影響，該路段系列項目原則上采用1∶1 原位換燈的設(shè)計思路，更換隧道照明燈具，不改動配電結(jié)構(gòu)。該項目隧道亮度及燈具布置如表1、表2所示，隧道分段照明設(shè)置示意如圖2、圖3 所示。

表1 和風山隧道改造后照明情況表

表2 貓山隧道改造后照明情況表

圖2 和風山隧道分段照明設(shè)置示意圖

3 試驗結(jié)果與分析

和風山隧道（陽江方向）全長為667m，和風山隧道（珠海方向）全長為658m，和風山隧道照明分為7 段，亮度試驗結(jié)果見表3 及表4。

表3 和風山隧道（陽江方向）亮度試驗結(jié)果

表4 和風山隧道（珠海方向）亮度試驗結(jié)果

貓山隧道（陽江方向）全長為411m，貓山隧道（珠海方向）全長為411m，貓山隧道照明分為6 段，亮度試驗結(jié)果見表5 及表6。

表5 貓山隧道（陽江方向）亮度試驗結(jié)果

表6 貓山隧道（珠海方向）亮度試驗結(jié)果

從表3 及表4 的數(shù)據(jù)可知，和風山隧道雙向各照明段亮度以及總均勻度、縱向均勻度均符合設(shè)計要求。其中，隧道（陽江方向）中間段照明平均亮度為設(shè)計值的2.37 倍，總均勻度為設(shè)計值的2.23 倍；隧道（珠海方向）中間段照明平均亮度為設(shè)計值的3.4 倍，總均勻度為設(shè)計值的2.03 倍。

從表5 及表6 的數(shù)據(jù)可知，貓山隧道雙向各照明段亮度以及總均勻度、縱向均勻度均符合設(shè)計要求。其中，隧道（陽江方向）中間段照明平均亮度為設(shè)計值的3.37 倍，總均勻度為設(shè)計值的2.1 倍；隧道（珠海方向）中間段照明平均亮度為設(shè)計值的3.17 倍，總均勻度為設(shè)計值的1.98 倍。

4 結(jié)語

基于芯片驅(qū)動的三相全固態(tài)高光效LED 隧道照明系統(tǒng)應(yīng)用于西部沿海高速公路和風山隧道及貓山隧道，經(jīng)驗證，和風山隧道、貓山隧道雙向各照明段亮度以及總均勻度、縱向均勻度均符合設(shè)計要求，說明該照明系統(tǒng)的光學性能優(yōu)異，能夠達到高光效及節(jié)能的效果，有一定的應(yīng)用價值，可為同類項目提供參考。