在整个世界范围内，各国的政府机构正在投资于新型交通信号灯使用的LED技术，并使用LED更换和改进现有的白炽交通信号灯。其最主要的原因是能够节约能源消耗，之后是消除了定期或应急更换白炽灯，而节约维护费用。当然，还有一个交通安全问题，通过使信号灯发生故障的可能性降到最小，可以提高交通安全。

在美国，LED交通信号灯消耗的功率大约是采用传统白炽交通信号灯的1/15。各种政府命令以及能源供应商提供的优惠，进一步加速了LED交通信号灯的使用。许多优惠政策是在信号灯满足EPA (环境保护机构)能源之星标准基础上提供的，如表1所示。

表1　达到能源之星标准的交通信号灯模块的能源效率标准（略）

许多欧洲国家中都使用功率较低的卤素灯 (20瓦范围内)，在这些国家中，节约功耗是第二位的，而可靠性、降低维护费用和安全要更加重要。合格的传统白炽灯泡的使用寿命约为六个月(通常基于标准更换周期)，合格的卤素灯泡的使用寿命约为一年，而LED交通信号灯模块(LED和电子器件)通常估计的使用寿命为六到十年。最常见的情况是，LED信号灯一般会率先用于高信号灯架等地点，因为在这些地点，定期更换传统白炽灯的成本非常高，足以抵消LED信号灯的前期购买成本。

LED交通信号灯规范

在美国，交通设备必须符合联邦高速公路管理局(FHWA)和国家统一交通控制设备委员会颁布的统一交通控制设备手册 (MUTCD)的要求。对LED交通信号灯，本手册参考了美国交通运输工程师学会(ITE)编制的临时规范。

临时ITE规范涵盖了直径为200毫米和300毫米的红色、黄色和绿色信号灯。红色的色彩规范规定了620 nm以上的主波长，黄色的主波长为585.5 nm到592.5 nm，绿色的主波长为498.5到508.5 nm。辐射模式的最小发光强度根据44点水平测量和垂直测量矩阵定义，对应水平方向大约25度的视角，垂直方向20度的视角。对200毫米交通信号灯球体模块，红、黄、绿规定的最小轴上强度分别是133 cd、617 cd和267 cd，而对300毫米模块，红、黄、绿的最小轴上强度则分别是339 cd、1571 cd和678 cd。

计算满足规范要求的5毫米LED的数量

根据辐射模式和强度值，可以计算信号灯装配件中要求的LED数量。但要记住，为使用线路电压(在美国通常的规定是80 - 135 VAC，在欧洲是230 VAC +10%/ 15%)和工作温度(如 40 C到 +74 C)的不同组合满足ITE亮度规范，灯控制器是信号灯设计中不可分割的组成部分。对线路电压操作，制造商采用脉宽调制等技术，控制通过LED的平均电流。对翻新应用，得到的灯装配件应兼容现有的设备，如负荷开关和信号监视器，在美国应满足瞬时保护NEMA (国家电子制造商协会)标准，如果使用脉宽调制，应符合FCC (联邦通信委员会)电磁辐射法规。

安捷伦科技提供通孔安装的5毫米灯，适合用于交通信号灯中。对琥珀色、黄色和红色，相应的部件是HLMP-Elxx、HLMP-Ehxx和HLMP-EDxx。这些AlInGaP II (铝铟镓磷化物) LED可提供理想的光输出，在日光下提供很好的可见度和可靠的性能。对绿色，相应的设备是HLMP-CExx 5毫米 InGaN (铟镓氮化物)蓝绿灯。这些都是安捷伦精密光学性能系列的组成部分，其提供的视角包括15 、23 和30 。

在设计LED交通信号灯时，第一步是确定满足标准大约需要多少个LED，如ITE标准ST-017。在计算LED数量时，ITE标准ST-017中给出的光通量值可能并不是绝对准确的。由于颜色滤波透镜、辐射模式不准确、LED 阵列内部自热及轴外角中浪费的光通量，可能会有光通量损耗。重要的是要考虑所有浪费的光通量，以更加现实地进行测光计算。

第一个公式和第二个公式考虑了外部透镜、外部表面及输出辐射模式不准确导致的光通量损失。第三个公式用来调节灯发出的光通量数量。这里以安捷伦的HLMP-ED25红灯为例，结果是对200毫米球体要求85个灯，对300毫米球体要求190个灯。

T signal = T filter * (1 - L pattern)
其中：
T signal= 与输出辐射模式和外部透镜表面有关的总光通 量传输损耗(0≤T signal ≤ 1)
T filter= 塑料外部透镜的光学传输
T filter (Red)= 0.9
T filter (Amber) = 0.8
L pattern = 由于辐射模式不准确导致的光通量损耗
L pattern = 0.3
T signal (Red) = 0.9 (1-0.3) = 0.63
v realistic = ( v spec / T signal) * F guard
其中：
v realistic = 实际光通量要求
v spec = ITE 规范 ST-017规定的最小光通量要求
v spec (200 mm red) = 14.8 lm
v spec (200 mm yellow) = 68.1 lm
v spec (300 mm red) = 33.1 lm
v spec (300 mm yellow)= 153.3 lm
F guard =光度计保护频带 (Fguard≥1)
F guard = 1.25
\frac{ _{v realistic}}{ _{v spec}} (200/300-mm red) = 1.25 / 0.63
= 1.98
T LED + Optics = ( / Ta) * (If, ja)* collected * T optics
其中：
T LED + Optics = 与发射器有关的总光通量传输损耗及辅助光器 件的收集和传输损耗
(0≤T LED + Optics≤1)
( / Ta)= 如果在温度提高时必须满足规范，则降低的光 通量
(If, ja) = 归一的光通量与前向电流和热电阻的关系
collected = 根据辅助光器件的最大收集角，辅助光器件收 集的光通量百分比
T optics = 辅助光器件的光传输
\frac{ _{LED}}{ _{cat}} = T LED + Optics = 1.00 * 0.50 * 0.72 * 0.80 = 0.288

注：
●如果信号灯不需满足温度提高时的光度计标准，那么 ( / Ta) = 1

●从图1看，辅助光器件收集的最大偏离角是40 (总光通量 %与总包括角的关系)，将收集通孔灯发出的72%的总光 通量。因此， collected = 0.72

●假设信号灯需要在+55 C下工作，热电阻为585 C/W。根 据图3 (最大DC前向电流与周围温度的关系)，在55 C时， 585 C/W是48 mA。因此，相对光通量与前向电流的 (If, ja) 等于0.50

●假设辅助光器件的光学传输是80%，那么T optics = 0.8

N = \frac{ _{v realistic}}{ _{led}} = ( v spec / cat ) * [F guard / (T signal* T LED + Optics )]
N (200毫米红色交通信号灯) = (14.8/ 1.20) * (1.98 / 0.288) = 84.79
N (300毫米红色交通信号灯) = (33.1/ 1.20) * (1.98 / 0.288) = 189.64
备注：
红色 cat = 1.20 lm

图1　总光通量百分比与总包括角的关系（略）
图2　前向电流与周围温度的关系（略）
图3　相对光通量与前向电流（mA)的关系（略）