用LED照明的優(yōu)點是無輻射、高效率、長壽命、節(jié)約能源、綠色環(huán)保。但大功率(瓦級)白光LED因造價過高而制約了其在普通照明中的應(yīng)用。采用價格低廉的超高亮小功率白光LED制作燈具是一種替代方法。
下面介紹采用多個LED組和制作LED書寫臺燈的設(shè)計、制作方法及步驟。
1.技術(shù)要求
(1)具有較高的照度,在桌面上有效的照明區(qū)域內(nèi)不低于3001x;
(2)輸出的光線較為均勻、柔和,視覺效果較好:
(3)使用安全、方便、產(chǎn)生的眩光較少。
2.LED臺燈的制作
為了使LED臺燈能與市售商品相媲美,借用了某品牌調(diào)光臺燈(普通晶間管)的外殼,將原來的燈頭、調(diào)光線路板等拆除,保留了外殼和電源開關(guān)(帶電位器)。具體的制作說明如下:
(1)LED的排列角度
白光LED的光輸出主要集中于法線方向。為了獲得較大的照明有效區(qū)域、保證有均勻的照度,LED間的安裝就要呈放射狀(法線的夾角一般為5度~15度)。夾角太小,光輸出集中,有效照射面積小、照度高、均勻度好;夾角太大,光輸出分散,照射面積增大、均勻度變差(形成一個個邊界明顯的光斑)??茖W(xué)的做法是,借助計算機模擬確定夾角,以獲得良好的設(shè)計指標和效果??紤]到白光LED臺燈對有效照明范圍的要求不是太大,因此本文采用較小的夾角,以保證較高的亮度和均勻性。
(2)LED的安裝和固定
采用Φ1Omm炮彈型超高亮LED(Vf=3.3V,If=30mA(降額使用),Pf=0.1W)。
安裝基板材料取自Φ300mm左右的乳白色舊PVC球形燈罩(厚度約2mm),按照下圖中的示意排列、劃線、開孔,然后將LED用無色玻璃膠粘牢在基片上,引腳的+、-極按照圓周方向均勻排列,以便于連接。待膠干透后(24小時后),在基板背面將每只LED的+、-引腳搭焊(引腳問套絕緣管絕緣),并整體串聯(lián)起來(由中心向外呈螺旋狀),再用紅(+)、綠色(-)導(dǎo)線將LED串的首尾引出待用。在基板的背面加一層絕緣滌綸薄膜,并用玻璃肢封邊。
(3)驅(qū)動電路的原理
驅(qū)動電路的性能對于保證發(fā)揮LED的效能、LED臺燈的正常使用及使用者的安全來說都是至關(guān)重要的。由于白光LED的特殊性,要求采用恒流供電的驅(qū)動方式??紤]到采用市電電源供電,要盡量做到電路簡單、使用可靠,因此選用電容降壓型恒流驅(qū)動電路,以及交流電壓過零接通方式,很好地解決了隨機通斷所產(chǎn)生的大沖擊電流損壞LED的問題。電路見下圖。
交流220V經(jīng)過電源開關(guān)S1、雙向晶間管Q1、鎮(zhèn)流電容C4//C5加到整流橋D3~D6后,輸出脈動直流電流,經(jīng)限流電阻R6加到LED1~LED50,令其發(fā)光;采用過零觸發(fā)光電耦合器IC1來驅(qū)動Q1,保證在市電電壓過零時接通主電路,使得電流由零逐步增長,沒有沖擊電流產(chǎn)生,關(guān)斷時亦為電流過零關(guān)斷;保護電路由過壓吸收元件RV1/2、保護熔絲F1、濾波元件C1/L1、限流元件R6等構(gòu)成,用于濾除高次諧波的干擾、吸收來自市電及故障時的瞬時過壓,以及起到在異常狀態(tài)時限制流過LED串的電流等作用。
3.需要注意的問題
(1)LED的老化
為了提高使用的穩(wěn)定性,需要剔除質(zhì)量較差的LED。在安裝前,需要對LED進行的通電老化。LED老化時的連接電路見下圖。調(diào)節(jié)調(diào)壓器的輸出,使得流過LED串的電流為40mA,通電72小時后,將不發(fā)光的LED剔除。
(2)防止靜電損壞
LED的本質(zhì)是一PN結(jié),故在所能承受的電壓較低,因此在安裝制作過程中應(yīng)該防止靜電擊穿PN結(jié)、損壞LED(以短路為多)。用手拿LED時,需要將手上的靜電放掉(摸一下金屬接地極),焊接時要將電烙鐵的外殼接地。
4.LED臺燈效果
組裝好的白光經(jīng)測試其主要的指標為:
(1)交流輸入電壓:220V±10%;(2)LED串消耗的電流、功率分別為30mA、5W(電壓220V為參考值);
(3)LED串電流波動范圍:25mA~35mA(在電壓220V±10%范圍);
(4)桌面照度:>5001x(照明有效范圍內(nèi));
(5)有效照亮范圍:橢圓的長短直徑約為900cm×6OOcm(斜照射,燈罩中心距離桌面約35cm)。
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