LED道路交通信号灯及其应用

LED道路交通信号灯及其应用

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随着LED（Light Emitting Diode）行业的迅猛发展，晶片技术和封装工艺都日趋成熟，使得LED的发光光效大为提高，光电性能也较稳定，而产品的开发成本和制造费用也大幅下降，致使LED市场货源充裕、价格适中，使得LED道路交通信号灯的大批应用成为可能。 中国交通畅通工程的出台，为道路交通信号灯带来了广阔的市场，LED技术的成熟，给道路交通信号灯的设计赋予了活力。

LED道路交通信号灯与传统光源信号灯的区别

传统光源信号灯中最普遍应用的光源是白炽灯和卤素灯，如我国信号灯标准GB14887-94和澳大利亚标准AS2144中的技术指标主要就是针对白炽灯光源规定的，而英国及我国香港地区以前使用的BS505标准就是针对卤素灯制订的。

白炽灯和卤素灯的特点是价格便宜，电路简单，但它们的缺点是光效低，达到一定的光输出水平需要较多的电力，如白炽灯信号灯通常使用220V、100W的灯泡，而卤素灯常用12V、50W的灯泡；缺点二是寿命较短，有更换灯泡的麻烦，需要大批资金用于维护；缺点三是灯光辐射中红外线占的比例较高，产生的热效应会对制作灯具的高分子材料产生影响。 而LED信号灯由于其辐射光谱为窄带，单色性好，无需滤光片，因此LED光源发出的光基本上都能得以利用，而传统光源信号灯需要利用滤光片才能得到所需要的颜色，致使光的利用率大为降低，所以最终信号灯整体发出的信号光强度不高。而利用色片和反光杯作为光学系统的传统光源信号灯，对外界干扰光线（如太阳光照射或车灯照射）的反射会让人产生错觉，将本没工作的信号灯误认为工作状态，即“假显示”，从而有可能酿出事故。

不过在当前LED信号灯的生产中，由于LED的色度离散性较大，也有生产厂家使用色片对信号颜色进行校正，这样也需避免假显示现象的发生。

由于LED道路交通信号灯是由多个LED发光体组成，因此对于图案灯的设计可以通过对LED的布局调整，让其本身形成各种各样的图案，并且可以把各种颜色做成一体，可以把各种信号做成一体，使得同样的灯体空间可以赋予更多的交通信息，配置更多的交通方案，也可以通过图案不同部位LED的切换形成动态的图案信号，从而使呆板的交通信号变得更为人性化、更为生动化，这些是传统光源所难以实现的。

LED道路交通信号光学设计分析

LED道路交通信号灯的光源由多个LED组成，而传统光源如白炽灯、卤素灯都是由一我们的使命： 加速中国职业化进程！

个灯泡发光，因此传统光源在设计上只要考虑一个焦点，对光分布比较易于分配，并且由于灯泡发光接近光效均匀性，所以传统光源设计时信号面的发光均匀性容易达到。而LED光源由多个LED组成，在光学设计时就要考虑多个焦点，并且对LED的安装也有一定的要求，如果安装不一致就会影响发光面的光效均匀性，因此在设计中就要考虑如何避免这种缺陷的出现，如果光学设计过于简单，信号灯的光分布主要是靠LED本身的视角来保证，那么对LED本身光分布的要求以及安装的要求都比较严格，否则这种现象就十分明显。而目前许多厂家对LED信号灯的配光采取了先汇聚再配光的双重透镜方式，这样首先把多个LED发出的光汇聚成一束平行光，然后再通过配光来满足各个方向的需要。这样的设计方式就缓解了LED本身光分布的不均以及安装产生的偏差。

虽然LED早在三十年前就已问世，但LED道路交通信号灯却是最近两年才得以推广发展，因此各个国家和地区都没形成一个统一的标准。

LED道路交通信号灯在配光时与其它信号灯（如汽车的前照灯等）也有一定的区别，虽然一样有光强分布的要求，而汽车前照灯在光截止线上的要求更为严格，但前者是让交通参与者看清信号发光面的图案，而后者是让司机观察照亮的地方。因此汽车前照灯的设计只需把足够的光线配置到相应的地方，而不必理会该光线由哪里发出，你可以分区域分小块来设计透镜的配光区域，但道路交通信号灯还需顾及到整个发光表面光效的均匀性，它必须满足从信号灯使用的任何工作区域观察信号发光面时，信号的图案都需清晰，视觉效果都需均匀。也就是说在同一个观察方向，整个信号发光面上都必须有比较均匀的光线照到，否则形成的信号图案就不均匀，甚至走样。

LED道路交通信号灯驱动电路分析

因为LED本身是一种离散性电子元器件，也就是说每一个LED的V-Ⅰ特性都有一些差异，同时它的电性能还受温度影响，并且电流变化还会引起LED发光波长的漂移，因此尽量保证LED供电情况的一致性，不受输入电压、环境温度及性能变化等影响的电路是最理想的驱动方式，但这样往往会使驱动电路的成本过高。而在LED的串联应用当中，如果每一支路串联个数太小，则会增大总干路中的总电流，增大了电源自身的发热，也就增严了对元器件的质量要求；如果所串数目太多，则其中一个LED失效，就会影响较多的LED不亮，从而在信号灯内形成暗区，或使信号图案残缺、变样，因此适当的串联数量应在3～6个之间。当然这个数目还随LED的类别有关，因为不同颜色的LED其VF值并不一样，所以串出来我们的使命： 加速中国职业化进程！

的电压也就所区别。

由于LED道路交通信号灯使用的条件恶劣，需要防尘防雨，一般都安装在密闭的壳体中，又加上全天候工作，所以在电路设计中，一定要考虑对高低温环境的适用，同时在设计时还要顾及信号控制机的适应性，如在信号控制机使用可控硅、固态继电器、电磁继电器等各种不同方式控制下，驱动电路应能稳定工作，在输出关断时LED应无微亮现象（因为有些信号机有漏电现象）。

由于LED信号灯的光强可以做得比较高，因此在一些晚上环境光较弱的地方要求把信号灯光强降到白天的1/4或更多，这对于传统光源信号灯来说只需信号控制机提供一个较白天低的电压即可实现，但在LED道路交通信号灯中就需要设计专门的电路来达到目的。

LED道路交通信号灯与实际路口工程的一体化设计

判断道路交通信号灯设计的好坏，除了本身的光学、电路、结构的设计外，还要与具体路口工程的应用结合一起，也就是说一组道路交通信号使用的效果需要根据具体的路口进行量体裁衣。信号的相互交错容易导致对交通参与者的误导，引发交通事故。同样在路口规划中还可能因为相邻两个路口隔得太近，如果LED信号灯的视角处理不好，而光强又较强，则上一路口的交通参与者可能会看到下一路口的信号，从而引起信号的误认。另外在城市路口中，如果LED信号灯太大的视角照射到路边的居民房中，也会形成了光的污染，影响居民的起居。然而如果视角太小，在多车道路口中有些角度的交通参与者就有可能看不清信号的状态，也会影响正常的交通。

当然要根据实际路口进行专门的设计，这势必引起信号灯制造成本的上升，也不利于产品的标准化工作，我们只能在路口规划中综合考虑到信号灯的安装角度，采用折中的办法，尽量避免以上缺陷的发生。

LED道路交通信号灯的展望

综上所述，由于LED道路交通信号灯设计的灵活性和可拓展性，使道路交通信号灯的设计趋于薄形化、美观化和个性化。以后信号灯的设计不仅将是城市路口交通诱导中不可缺少的信号指示，也将成为都市里一种靓丽的装饰。随着LED性能价格的不断优化，道路交通信号灯被LED信号灯所取代的趋势将是一种必然。

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