LED照明的性能伴随着LED照明照明技术的快速发展得到了很大的提高，在工业、商业等相关领域得到了积极的推广，获得了大量的应用实践。通过对传统照明发展过程的总结和归纳可以得出，LED照明...

　　LED照明的性能伴随着LED照明照明技术的快速发展得到了很大的提高，在工业、商业等相关领域得到了积极的推广，获得了大量的应用实践。通过对传统照明发展过程的总结和归纳可以得出，LED照明进一步发展的必由之路就是采用模块化，这已成为了业界的广泛共识。利用模块化的便利性、灵活性来获得LED照明产品整体成本的降低、规模生产的扩大、维修更换的方便，以及升级换代要求。目前国际上主要的LED照明公司都已经有了相应的产品问世并逐步投入使用，取得了良好的使用效果和广泛的市场认可，积累了丰富的实践经验。在此，本文在介绍LED照明模块化一般构成要素的基础上，重点探讨了大功率LED照明模块化的演进过程，以及今后的发展，同时指出了存在的问题，给出了相应的建议。

　　2 大功率LED照明模块化的演进

　　功率型LED芯片的工作特性决定了大功率LED照明的模块化形式，目前主流的为采用集成化封装的单颗大功率LED芯片。较早的LED照明模块化是从单一功能模块开始的，具有结构简单、门槛较低的特点，与当时的技术条件有较好的契合;随着大功率LED照明的应用及范围的扩大，出现了将某两种功能合为一体的、具有复合功能的LED照明模块。其主要的构成形式有：将光源模块与散热模块结合在一起，形成具有独立散热功能的复合模块，并且这类复合模块还可以作为基本的功能单元进行组合，构成较大功率、大功率及超大功率的LED照明,,。从工业设计的角度出发，对于不同的用途，通过配合具有不同形式机械和防护结构来统领LED照明的整体，使其成为有机的一部分，形成千变万化、相互关联的产品序列。

　　2.1 单一模块大功率LED照明

　　单一模块主要是在小功率LED模块化照明应用的基础上逐渐发展的，具体是因为大功率LED照明的价格高，对于使用过程的可维修性要求较高，且维修的价值也更大。单一模块特点是功能专一、特性明确、易于加工等，并逐渐成为一种趋势，在较早时期的照明上应用较广。此外，要使上述的单一模块结合起来，各模块间还需要配合相应的接口，并且为了适应不同照明场合对光的特性(光型、光色)和功率的不同要求，各模块接口均采用可以方便拆卸的结构。具体说明如下

　　图1 单一模块大功率LED工矿灯的示意

　　图1中表示的为单一模块大功率LED工矿灯，主要用于室内高大空间，安装的位置高、维护较为困难，且自身的功率大，使用时的发热量大。依据guo jia相关的规范要求，对其整体的特性有较高的要求，以确保使用的光输出性能和长时间的寿命。整个照明的构成模块主要为：散热模块、驱动模块、光源模块、外加结构/防护部分以及相应的接口，具体的技术手段主要是：

　　(1)散热模块

　　对于大功率LED工矿灯，一般采用的为体积较大、散热能力较强的金属散热模块，尤其以铝型材加工成形为主，散热鳍片密度大且面积大，具有热传导和对流的两大功能，且对外一般都做成具有统一接口的独立形式，以方便应用。为提高使用寿命还改善散热效果，表面需要采用防腐、黑化处理。有时为了应对特大功率的LED工矿灯的高散热要求，还外加强制风扇或者采用热管等其他方式来强化效果，但是如此一来整体装置复杂，成本较高，因此实际的应用范围受限;

　　(2)驱动模块

　　大功率LED工矿灯的驱动电源采用独立的模块结构，对外具有统一的接口。具体的结构是将经过整体老化的恒流驱动电源灌封在铝合金壳体内，这样既绝缘又利于散热，对外引出市电交流输入、驱动输出接口，有的还带有相应的控制、保护等接口。大功率LED工矿灯驱动电路的形式主要为高频开关恒流源，具有有源或无源功率因数校正、多路恒流输出和完善的保护措施。依据现场用途的不同，LED驱动模块分为内置式和外置式两种配置方式;

　　(3)光源模块

　　大功率LED工矿灯的光源模块的发光部分一般选用大功率LED器件，并根据所用光源的出光特性及对LED照明光输出的应用要求，采用外加透镜、反光罩、均光罩等控光、配光元件将大功率LED阵列或集成封装的LED单独配光后，再配合上良好的导热底座等整体的封装在一起，形成具有一定光输出特性，且具有统一接口的单一独立器件，对外相应的引出便于连接的光、电及机械接口;

　　(4)电气接口

　　大功率LED工矿灯的电气接口是共生于相应模块上的，主要为交流电输入、驱动模块输出及控制等与光源模块间的连接，具有统一的规格和便利的可更换性;

　　(5)机械接口

　　大功率LED工矿灯的机械接口是为完成各模块间的、结构间的连接而设置的，也与相应的模块共生。

　　图2 单一模块大功率LED路灯的示意

　　图2中表示的为单一功能模块大功率LED路灯的示意。guo jia标准对道路照明有强制性的要求，特别是对其光输出特性有较高的要求，以确保行车及行人的安全。实际应用中，灯的安装空间广大、自身的功率大、室外露天使用的环境苛刻。整个大功率LED路灯的构成模块主要为：散热模块、驱动模块、光源模块;以及外加结构/防护部分和相应的接口。

　　散热模块：

　　由于室外工作条件的严酷性，大功率LED路灯均以采用较大体积的铸铝散热模块为主，散热鳍片较厚且密度大，以获得尽可能大的散热面积。此外，为提高在室外使用时应对风霜雨雪等自然条件的耐候性，以及对灰尘、鸟粪等表面覆盖物的自洁能力，以便于进一步优化路灯在使用时的散热效果，表面均需要采用防腐处理，以及采用提高灯体自洁能力的措施;

　　驱动模块：

　　大功率LED路灯的驱动电源为独立的块状结构，为满足IP65的强制要求和保证长期使用时的散热，将恒流驱动电源灌封在铝合金壳体内，对外引出市电交流输入、输出、控制等相应接口;

　　光源模块：

　　大功率LED路灯的发光部分早期以采用大功率单颗LED阵列封装在一起为主，后期采用集成封装的大功率LED模组。LED光源与配光元件、导热底座等结合在一起，形成具有一定光输出特性的单一独立器件，对外引出相应的光、电及机械接口;

　　接口及结构/防护：

　　大功率LED路灯的机械接口为各模块间、结构件间的连接;电气接口为交流电输入、驱动模块输出与光源模块，以及控制的连接。各接口均采用可以方便拆卸的结构，对于不同的照明场合要求，在接口统一的前提下，可以通过相应配套模块的调整来改变灯的性能参数，配合不同的装饰外罩就可以形成具有不同特性的道路照明灯具，同时也方便维修时各模块的更换。

　　2.2 复合模块的大功率LED照明：

　　复合模块是单一模块发展到较高阶段的必然。无论是从设计、生产的角度出发，还是从方案的最优化、生产的便利化和成本的最低化都要求大功率LED照明采用复合模块来进行。复合模块的构成方式有两种：一是将光源与散热进行组合成光源/散热复合模块;二是具有照明光源全部功能的光源/散热/驱动的复合模块。

　　(1)光源/散热复合模块

　　图3给出了三种大功率LED照明复合模块的示意。其就是将散热模块与光源模块进行最优化组合，形成完整的独立单元形式。左列为采用阵列LED光源与配光元件所形成的复合模块示意与实例;右列为采用集成封装大功率LED光源与配光元件所形成的复合模块的示意与实例。单个复合模块的功率一般在20W～50W左右，主要是用于大功率室内外照明，具有规格统一、方便灵活、便于重复、方便组合等突出特点。

　　图3 光源/散热复合模块示意

　　光源/散热复合模块本身具有发光和散热的双重功效，自身一般不具有驱动单元，需要配合驱动模块才能工作。此外，各模块间还要有相应的电气接口，以及与灯的结构/防护部分相关联的接口。各接口采用可以方便拆卸的结构，通过相应配套模块的调整，不仅可以改变灯的参数大小，同时也方便维修和更换。

　　(2)光源/散热/驱动复合模块

　　图4 光源/散热/驱动复合模块示意

　　图4给出了光源/散热/驱动复合模块示意,。其就是将散热模块、光源模块和驱动模块进行最优化组合，形成完整的独立单元形式，具有照明光源所具有的全部功能，每个复合模块都经过了优化设计，具有功能完善、性能良好、易于加工和生产等特点，主要是用于进行大功率LED照明的组合。

　　(3)一维及**方向的复合模块

　　图5 一维及**方向的复合模块示意

　　图5中的上图为可用于一维的复合模块。其中，左图为采用大功率LED阵列的应用，散热器置于其上部，可称为“背式散热器”(见下剖面图)，具有外型美观、使用灵活等特点;右图为采用大功率LED集成封装的应用，散热器置于其两端，可称为“侧式散热器”(见下剖面图)，具有散热通畅、使用灵活等特点。

　　图5中的下图为可用于**方向的矩形复合模块。其中，左图为左边为采用大功率LED阵列的应用，散热器为“背式散热器”;右边为采用大功率LED集成封装的应用，散热器为“侧式散热器”(见下剖面图)，具有散热通畅、使用灵活等特点;右图为可用于**方向组合的圆形复合模块，可以构成平面呈圆形或长圆形的大功率LED照明。散热器翅片的形状除了常规的片状外，还可以采用圆锥/圆柱形状，具有空气流通的无方向性，其他特性与矩形的相似，不再赘述。

　　(4)复合模块组合的大功率LED照明

　　大功率LED照明可以采用复合模块通过组合方式来设计、生产和装配具有相似功能的、统一规格的系列化照明产品。在此，复合模块组合的LED照明主要是将上述图3及图4中的复合模块作为基本的单元来进行适当的组合。具体的组合方式有三种情况，即：单一方向(一维)组合、平面(二维)组合和空间立体(三维)组合。复合模块组合的LED照明主要应用于大功率和超大功率照明，如：工矿灯/高棚灯/天井灯、隧道灯、投光灯、路灯及塔灯。下图分别给出了复合模块LED照明的组合示意，由此可以看出，复合模块组合的LED照明是现有的大功率LED照明的重要发展方向。

　　①一维方向的复合模块组合

　　由一维方向复合模块组合形成的大功率LED照明是应用最广的形式，具有结构简单、变化灵活、加工简便、节约成本等突出特点。通过数个相同特性复合模块的组合，再配合相应的防护结构(外壳及连接件)，就可以构成完整的照明灯具，并且，通过改变模块的数量等就可以获得具有不同功率和应用特性的系列灯具。

　　图6 复合模块一维方向组合的大功率LED照明示意

　　图6中给出了两种采用复合模块一维方向组合形式构成的LED照明的示意，通常设计成方便拆卸式。其主要的区别是：左图为采用单颗大功率LED阵列复合模块的组合结构(外壳及防护结构未示出，下同);右图为采用集成封装模组的复合模块组合结构。通过数个复合模块的组合，配合防护结构(外壳及连接件)，可以构成完整的照明灯具。同样，通过改变模块的数量等就可以获得具有不同功率和应用特性的系列灯具。此外，检修时只要换上同规格的复合模块即可;

　　②二维方向的复合模块组合

　　图7 复合模块二维方向组合的大功率LED照明示意

　　图7中给出了四种采用复合模块二维方向组合形式构成的LED照明的示意，一般都设计成可方便拆卸的方式。其主要的区别是：左上图为采用单颗大功率LED阵列矩形复合模块的组合结构(外壳及防护结构未示出，下同);右上图为采用集成封装模组的矩形复合模块组合结构;左下图为采用单颗大功率LED阵列圆形复合模块的组合结构;右下图为采用集成封装模组的圆形复合模块组合结构。通过数个复合模块的组合，配合防护结构(外壳及连接件)，可以构成完整的照明灯具，通过改变模块的数量等就可以获得具有不同功率和应用特性的系列照明，主要是用于大型和超大型的LED照明，如广场、高塔、机库、车间等。

　　③三维方向的复合模块组合

　　图8 复合模块三维方向组合的大功率LED照明示意

　　三维方向的复合模块组合的LED照明主要应用于对于光输出的范围有较大要求的场合，如道路交叉路口、广场及公园进口等。通过采用具有三维空间形状的框架来安装不同的复合模块，以达到具有三维空间的光输出目的和特别的照明效果。

　　图8中给出的为采用组合复合模块三维方向的两种用于道路照明的实例。其中，左图为在道路方向采用圆弧形框架的安装复合模块方式，以获得道路方向上的较大的光输出角，满足道路照明的强制性要求;右图的照明为复合模块长边与道路方向平行(道路方向的光输出角由配光透镜完成)，且光输出角度可灵活调节，以改变道路垂直方向上的光输出角度，再配合统一的防护结构就能够形成整体照明，并且改变模块数量可以获得具有不同功率和应用特性的系列照明，可拆卸式设计也具有维修的方便性。

　　3 大功率LED照明模块化的发展

　　LED照明的模块化是大势所趋、不可抗拒，必将成为更加广泛的社会共识。特别是对于室内或室外使用的大功率LED照明灯具，为了减少不同灯具之间模块的加工量和组装的难度，降低生产和使用的成本，都需要采用LED复合功能模块来生产系列规格的产品，以提高灯具的使用性能。

　　此外，大功率LED照明的模块化只是解决了一家一户自身产品的在生产、使用和维修中的问题，不能解决不同厂家产品之间的互换性问题。为此需要联合起来，制定出大家都能遵守的产品标准，解决不同LED灯具生产厂家的产品之间的互换性问题。只有这样才能使得大功率LED照明获得与传统照明一样的生产上的规格化、标准化，使用上的便利化和互换性，才有希望有更多的生产厂家一起推动LED照明的快速健康发展，为现代社会的能源节约贡献出一份力量。

　　4 结束语

　　综上所述，大功率LED照明模块化的发展方向及优势已经成为业界的共识，国内外主要的生产厂家都已经有了相应的产品问世，并在工业、商业领域获得了积极的推广，取得了良好的使用效果，积累了许多实际经验。本文介绍了大功率LED照明的模块化，以及大功率LED照明模块化的提出、产生和发展的演进过程，并对今后的发展提出了一些展望和期待，对于业已存在的问题，给出了相应的建议和解决方案。在此，由衷地希望大功率LED模块化照明获得更为广泛的市场认可、和更加广泛的实际应用，并由此来获得更加便利、灵活的使用效果和良好的照明品质，为LED照明的未来发展进行不懈的努力。

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