过10年左右的快速发展，LED照明已经进入快速推广阶段，市场应用从最初的南方地区逐步向中西部渗透扩展。但在实际应用中我们发现，在南方用的很好的户外照明产品，到了北方地区，尤其是东北、新疆等地区，产品的应用受到新的考验。本文通过分析寒地环境下影响LED照明的一些关键因素，找出对应的解决策略，最终发挥出LED光源的应有优势。

　　一、寒地环境下LED照明的优势

　　相对原有的白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯而言，LED器件在低温下的工作性能要好的多。这是和LED器件的温度特性密切相关的，图1是某品牌大功率LED器件温度和相对光输出曲线图。可以看出，随着结温的降低，灯具的光通量会相对增大。另外，根据图2我们可以看出，结温的降低，还可以降低LED光源的光衰过程，延迟灯具的使用寿命，这也是大部分电子元器件的特性。

　　图1 LED的结温-相对光输出曲线

　　图2 LED的结温-寿命曲线

　　二、寒地环境下LED照明面临的困难和对策

　　虽然LED本身在寒地条件下有更多的优势，只有弄清这些制约因素，找到对应的解决方案，就能充分发挥LED光源的优势，在寒地环境中大放异彩。

　　1.驱动电源的低温启动问题

　　主要的原因是现有的大部分成熟电源方案，都离不开电解电容的广泛应用。但是在-25℃以下低温环境中，电解电容的电解质活性明显下降，电容容量衰减很大〔1〕(如图3)，导致电路不能正常工作。要解决这个问题，目前有两种方案：一是采用工作温度范围更宽的优质电容，当然这会带来成本的增加。二是采用无电解电容的电路设计，包括采用陶瓷叠层电容，甚至采用线性驱动等其他驱动方案。(a)钽电解电容 (b)铝电解电容

　　图3 电解电容的温度容量变化曲线

　　2.塑胶材料在高低温冲击下的可靠性问题

　　根据国内外一些研究机构的研究人员实验证实：很多普通塑料和橡胶材料在-15℃以下的低温下韧性变差，脆性增大〔2，3〕。对LED户外产品而言，透光罩、光学透镜、密封件以及部分结构件都有可能采用塑胶材料，那么就需要对这些材料的低温机械性能进行仔细考虑。

　　另外，LED灯具常采用塑胶件和金属的配合结构。由于塑料材质和金属材料在大温差环境下的膨胀系数差异较大，例如灯具常用的金属铝和常用塑料材料的膨胀系数大概相差5倍以上，这可能会导致塑料材料破裂，或者两者的间隙增大，最终致使防水密封结构失效，进而产品出现问题。

　　在诸如东北这些高寒地区，从每年的10月份到次年的4月份，都可能处于冰雪季节。LED灯具在下午临近傍晚开灯前，温度可能低于-20℃以下，然后晚上通电工作后，由于灯具发热，又可能使得灯体温度上升到30℃～40℃以上，基本上每天灯具都要经历一次高低温的循环冲击。

　　针对这种情况，国家半导体照明工程研发及产业联盟从2010年开始，连续推出两版的《寒地LED道路照明产品技术规范》LB/T005，其中的关于高低温冲击的实验方法，考虑了这种特殊环境下的工作方式，笔者认为非常值得借鉴和采纳。试验样品应经历图4所示的2个温度变化循环试验，每个循环历时5h。即：

　　试验循环：5次;

　　每个循环时间：5h;

　　温度曲线：按图1规定;

　　温度升降变化速率：0.5℃∕min～4.0℃∕min;

　　循环开始温度：20℃;

　　低温：-40℃，保持时间1h;

　　高温： 40℃，保持时间1h;

　　通电方式：在图1“A”点处开始通电至“B”点处。

　　图4 寒地照明LED产品的高低温冲击实验曲线

　　同时，还有一种观点认为：不同可见光透雾能力是差不多的，理由是：不同光子的尺寸大小相比而言是绿豆和黄豆的关系，而相比雾粒子的尺寸，则相当于是个足球。当雾的浓度很大的时候，任何的光都很难穿过去。这个时候表现出来钠灯的黄光比LED的白光雾穿透能力更强，其主要原因是在LED白光照射下，雾呈现白茫茫一片，而黄光则表现出很好的诱导性〔图5〕。笔者认为这个观点还是有一定道理的，我们可以通过图5的两张照片看出这种差异，左边是LED的冷白光，右边是钠灯的黄光。

　　图5 冷白光和黄光的诱导性对比照片

　　相对而言，高色温LED的蓝色成分比例较大，黄光和红光的比例比例相对较少。高压钠灯和2700K的低色温的LED中，蓝光成分相对较少，黄光和红光的成分则相对较大。而且钠灯和2700K的LED相比，并没有多少优势，如果考虑到LED显色指数的影响，则低色温的LED有更多的优势。因此，寒地照明中，应该更多的考虑采用3000K以下的低色温LED，具有更好的透雾能力和诱导性。

　　三、结语

　　我们通过对寒地环境下多个因素的分析可以看出，LED作为一种半导体照明器件，有它自身的很多优势，但也存在有别于传统照明光源的一些问题，只有仔细的研究这些差异性，逐个认真分析解决，才能真正发挥出LED照明在寒地条件下的优势。——本文选自第2期《半导体照明》杂志