LED光源在大型航标灯器的应用◎ 何瑞冠 交通运输部南海航海保障中心海口航标处 摘 要：针对大型航标灯器的特点，分析了大型航标灯器使用LED光源的可行性，提出了需要解决的主要问题和解决方案。通过对PRB-21大型航标灯器LED改造，验证LED光源应用在大型航标灯器方案可行性。 关键词：LED光源 大型航标灯灯器 LED改造自身单色高效、长寿命和功耗小的优点，在20世纪末开始航标领域得到广航标灯器中LED光源的覆盖率较低。LED光源的可行性泛应用。目前，海口航标处灯浮标和灯桩LED光源覆盖率为100%，但大型1．大型航标灯器光源要求及使用的航标灯器，射程大于15海里，位于有部分灯塔位于水中。由于大型航标灯通用技术条件》要求，各类航标灯大型航标灯器，指设置在灯塔中从20世纪中叶问世，LED光源以光源单色光的特点具有独特的优势。1.1.2高光强要求较高的有效光强，才能够满足射程的要求。目前单颗大功率LED光源无法产生满足要求的有效光强，因此一般使用白炽灯或卤钨灯作为光源，这些光源稳定可靠，且能够产生较高的有光源不具备优势。1.1.3长寿命要求效光强。在高光强要求中，单颗LED由于航标灯器稳定可靠的要求，大型航标灯器的光源能够产生2．LED光源应用在大型航标灯器中需要解决的问题使用LED作为大型航标灯器的光源，需要解决以下问题：因现有技术限制，单个LED光源功率无法达到射程要求。大功率LED可以达到1W,2W,甚至数十瓦，但单个大功率LED仍无法满足旋转灯器射程光源阵列的是解决该问题的最好办法。LED组合光源有两种实现方式：一是单个光源和单个透镜组成的光器照明。要求。因此将多个大功率LED组合成（1）满足射程要求是首要问题。根据大型航标灯器光源的要求，孤岛、半岛或与陆地相连的岛屿，也灯器射程要求高，因此需要提供更高的光强。根据《JT/T 761-2009 航标50%峰值光强处的垂直发散角，使用垂直发散角大于等于1.4°。因此，大型灯光强测量和灯光射程计算》要求，灯的有效光强应满足射程要求。1.1.1单色颜色要求1.1大型航标灯器光源应该具备的特点号颜色》规定了航标灯光信号颜色及色度范围。大型航标灯器的光源色度需要满足要求，才能够在航标灯器中罩实现，会产生大量光强损耗。LED使用。现在所用的白炽灯光源通过色我国《GB 12708-91 航标灯光信需要长寿命的光源保证航标灯器正常2000小时。LED光源的寿命在正常工作条件下，可达10万小时左右。运转。白炽灯泡和卤钨灯泡的寿命约1万小时，射程要求较高灯泡的寿命约目前大部分大型航标灯器依然使源单元组合阵列而成；二是LED光源阵列组成光源，通过透镜实现航标灯（2）LED供电是核心问题。中心焦点平面菲涅尔透镜航标灯时，航标灯器光源经由透镜折射后须满足在大气透明度T=0.74的条件下，航标此要求。根据《JT/T 730-2008 航标用白炽灯泡或卤钨灯泡作为灯器光源，外，灯器透镜也是需要解决的难题。1.2使用LED光源的可行性除了传统灯泡能够满足高光强的要求LED的单色优势、长寿命特点，LED属于半导体器件，为保证其正常工作需采用恒流源供电。灯塔供电稳定高效工作，需设计专用的大功率LED恒流驱动电路。光源发出的光线中不含有红外光，因转换过程中，LED仍会产生大量热（3）光源散热是关键问题。LED多采用市电和蓄电池供电，很难提供恒流源，所以为了使大功率LED可以使得LED具有替代传统白炽灯泡的优势。同时低功耗和无热惯性优点，使LED势必取代传统白炽灯泡，成为大型旋转灯器的光源。低功耗可以大电成为可能。无热惯性的LED光源发炽灯泡需要较长发光上升时间，更适于大型航标灯器。大降低灯塔能耗，使太阳能给灯塔供光上升时间为0.5ms，避免了传统白此其光线不会产生热量，但是在电光量，若将LED应用于旋转灯器，需要解决散热问题。大功率LED功率大，亮决散热问题，会缩短LED的寿命。度高，其产生的热量也很高，如果不解www.zjsyzz.com / 47ACADEMIC学术图1 PRB-21灯器原貌图2 LED光源单元 图3 改造后的PRB-21灯器的一个问题。光源发出的光以光源为中心发散，为使光线按照设计方向发出，需要设计旋转灯器专用透镜，保证灯器射程达到旋转灯器射程要求。用实践（4）配套透镜研制也是需要解决装光源和光学透镜，保证LED光源位于光学透镜的焦点上，组成LED光源铝基板用导热硅脂固定在铝合金光单元。LED光源焊接在铝基板上，将源外壳底部，LED工作时产生的热量积较大的光源外壳进行散热。如图2所示。涅尔透镜解决光学问题。根据所选光研制与选定LED光源配套的菲传导给铝合金光源外壳，通过散热面航标灯器功率调节，从而实现航标灯器可变射程，这一点对进一步做好导助航服务具有现实意义。为了达到设计射程，需要多个LED光源阵列实现，从而造成大型航标灯器结构庞大。随着大功率LED技源阵列达到设计射程。术的进步，更大功率LED光源会实现更高有效光强，可以实现少量LED光3．LED光源在大型航标灯器上的应解决方案，我处对一台老旧的PRB-取相应措施解决了关键问题。根据LED在大型航标中应用的21型航标灯器进行LED技术改造，采用最大功率为10W的单颗LED作为灯器光源，配套菲涅尔透镜组成光源单通过光源阵列实现射程要求。选源特性，研制满足航标行业要求的透学单元垂直发散角为1.5°，峰值光强为361565cd，满足设计要求。镜，与所选LED相配套。经国家灯具质量监督检验中心检测，所研制的光元，采用LED光源单元阵列代替原灯器光源阵列的方式，实现航标灯器有效光强叠加。保证改造后的PRB-21航海里（T=0.74）。旧灯器如图1所示。LED供电部分采用高驱动电流标灯器射程不低于原灯器射程，即25升降压型恒流驱动集成电路实现。其内部集成4A MOSFET驱动管，出电流调节并具有LED短路保护和SHIRTLED标记。同时芯片可调频个外部时钟。输入电压3-42V，最大电流4A，具有调光功能。该芯片提供0-60V输率：200KHz至3MHz，并可同步至一进行散热。设计铝合金光源外壳，安LED散热采用铝合金光源外壳灯器（如图3所示）工作稳定，运转正常。改造后主灯功率由原来9.6KW变为408W，为原来功率的4.25%；辅灯功率由原来的456W变为136W，（T=0.74），大于原来灯器射程。论与展望为原来功率的29.8%。使用LED光源参考文献：经LED光源改造后的PRB-21的PRB-21灯器最大射程为27.8海里4．LED光源应用在大型航标灯器结改造表明，使用LED光源作为大型航射程的同时大大降低大型航标灯器的功耗。同时，使用LED光源可实现对PRB-21大型航标灯器的LED[1]丁晓华.LED在航标上的应用与展望[J].水运工程,2000(12):89-91+95.[2]马睿.点光源LED光学技术在航标智能灯器的应用[J].山东工业技术,2015(14):207+213.[3]王伟时.LED航标灯工作原理和设计原则[A].中国航海学会航标专业委员会.中国航海学会航标专业委员会沿海航标学组2002年航标学术研讨论文集[C].中国航海学会航标专业委员会:中国航海学会,2002:2.[4]JT/T 761,航标灯通用技术条件[S].2009.[5]GB 12708,航标灯光信号颜色[S].1991.标灯器的光源完全可行，能够在保证48/ 珠江水运·2019·07