LED電子節(jié)能燈設(shè)計(jì)

1、目錄 摘要 .1 第 1 章緒論 .2 第 2 章電子節(jié)能燈簡介 .3 2.1 LED 的發(fā)光原理 .3 2.2 LED 光源的基本特征 .3 2.3 LED 燈的分類 .4 2.4 LED 節(jié)能燈的優(yōu)點(diǎn) .5 2.5 白光 LED 開發(fā) .7 2.6 LED 的實(shí)際應(yīng)用 .7 第 3 章 LED 節(jié)能燈的設(shè)計(jì).9 3.1 設(shè)計(jì)思路 .9 3.2 所需元器件及功能 .9 3.3 電路工作原理 .11 3.4 降壓電容驅(qū)動電路原理 .12 3.5 整流電路 .14 3.6 注意事項(xiàng) .14 第 4 章 簡單制作節(jié)能燈 .19 4.1 所需材料 .19 4.2 制作原理圖 .19 4.3 制作流程

2、 .19 4.4 檢測與調(diào)試 .20 總結(jié) .21 參考文獻(xiàn) .22 摘要 電子節(jié)能燈也叫 LED 節(jié)能燈,也叫半導(dǎo)體節(jié)能燈,是一種新光源,顯色指數(shù)達(dá) 90 以 上,光效 100 流明/瓦,色溫 4000-6000K,優(yōu)點(diǎn)壽命長(大于 50000 小時(shí)),節(jié)能 80%,環(huán)保 (無紫外線 頻閃 無重金屬),顯色性好. 本論文闡述了對電子節(jié)能燈既 LED 節(jié)能燈的基本結(jié)構(gòu)、一般分類、發(fā)光原理、簡 單的設(shè)計(jì)與制作、實(shí)際應(yīng)用、以及未來的發(fā)展前景。我們運(yùn)用了簡單的發(fā)光二極管來 作為光源，將市電轉(zhuǎn)化后得到恒流穩(wěn)壓電源直接使二極管發(fā)光，達(dá)到節(jié)能的目的。在 分析節(jié)能燈用電子鎮(zhèn)流器的基本功能以及燈的啟動特性的基

3、礎(chǔ)上，分別介紹了電子鎮(zhèn) 流器的幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、功率控制方法和啟動電路，并對他們進(jìn)行了分析和比較，找到 其中比較實(shí)用、方便的方法。 關(guān)鍵詞節(jié)能燈;發(fā)光二極管;整流橋 第 1 章緒論 眾所周知白熾燈是愛迪生的重要發(fā)明這個(gè)重要的發(fā)明使人類從此告別了黑暗迎來 了光明。但是白熾燈太耗電了它大概只有不到十分之一的能量才變成了光能其它都是 熱能白白的被浪費(fèi)掉了。所以人們都在想辦法要用新的光源來替代白熾燈。節(jié)能燈就 應(yīng)運(yùn)而生了。由于它相比而言便宜又好制作所以就得到了大量的應(yīng)用有逐步取代白熾 燈的趨勢。 節(jié)能燈的兩極是普通的鎢絲。鎢絲通電發(fā)熱后就能發(fā)射出電子。在燈管兩側(cè)加上 比較高的電壓形成電場這些電子就會在燈管

4、里被加速形成有一定速度和能量的電子流。 燈管是被抽成真空的，里面充有汞，就是我們稱為的水銀。 在燈管通電發(fā)熱的情況下這些水銀從液態(tài)蒸發(fā)就變成了氣態(tài)。形成游離狀態(tài)的汞 原子。電子流中的電子以一定速度打在汞原子上使汞原子受到激發(fā)變成激發(fā)狀態(tài)的電 離子。稱為發(fā)生了階躍，激發(fā)狀態(tài)的汞過了很短的時(shí)間就自發(fā)地回落到原來的狀態(tài)同 時(shí)釋放出紫外線光，紫外線光不能用來照明。于是我們在燈管的內(nèi)壁涂了一些熒光物 質(zhì)在紫外線光的轟擊下熒光物質(zhì)受到激發(fā)以后就能發(fā)出比較自然的光線可用于我們照 明。 由于汞的沸點(diǎn)很低，在常溫下即可蒸發(fā)，廢棄的熒光燈管破碎后，立即向周圍散 發(fā)汞蒸氣，瞬時(shí)可使周圍空氣中的汞濃度達(dá)到每立方米 1

5、020 毫克，國家規(guī)定的汞在 空氣中的最高允許濃度為每立方米 0.01 毫克。它還可以隨著空氣而流動。一旦進(jìn)入人 體的汞超過某一閾值，就會破壞人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，造成對身體的極大危害。汞進(jìn)入 人體后很難被排除。其實(shí)含汞照明燈在使用過程中一般沒有什么污染，污染主要是報(bào) 廢后電光源被隨意丟棄，破裂造成汞擴(kuò)散到空氣中，危害人體健康，污染環(huán)境。由于 回收困難和回收價(jià)值太低，加之它還有許多的其它弊病，所以唯一的辦法就是淘汰它。 于是，便有了新的節(jié)能燈電子節(jié)能燈。 第 2 章電子節(jié)能燈簡介 電子節(jié)能燈又叫 LED 節(jié)能燈，LED 是英文 light emitting diode（發(fā)光二極管） 的縮寫，是一種

6、能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的半導(dǎo)體，它改變了白熾燈鎢絲發(fā)光與節(jié)能 燈三基色粉發(fā)光的原理，而采用電場發(fā)光。它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材 料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用， 所以 LED 的抗震性能好。 50 年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識，第一個(gè)商用二極管產(chǎn)生 于 1960 年。隨著發(fā)光材料的開發(fā)和半導(dǎo)體制作工藝的改進(jìn)白光 LED 的發(fā)展迅速它已經(jīng) 趨向取代傳統(tǒng)的照明白光 LED 的光效已經(jīng)由以前的 20lm/w 上升到了 45lm/w.由于白光 LED 具有的長壽命、無污染、低功耗的未來 LED 還將逐步替代熒光燈、白熾燈成為下一

7、代綠色照明光源. 來 LED 還將逐步替代熒光燈、白熾燈源。隨著 LED 產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步、 成本的進(jìn)一步降低，以及人們對環(huán)保、安全、節(jié)能等要求的不斷提高，LED 在特種領(lǐng)域 的應(yīng)用規(guī)模將不斷擴(kuò)大，在人們的工作生活中扮演越來越重要的角色。 2.1 LED 的發(fā)光原理 發(fā)光二極管的核心部分是由 p 型半導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體組成的晶片，在 p 型半導(dǎo)體 和 n 型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過渡層，稱為 p-n 結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的 PN 結(jié)中，注入的 少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直 接轉(zhuǎn)換為光能。PN 結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式 電

8、致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱 LED。 當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即 兩端加上正向電壓），電流從 LED 陽極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外 不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。 2.2 LED 光源的基本特征 1、發(fā)光效率高 白熾燈、鹵鎢燈光效為 12-24 流明瓦，熒光燈 5070 流明瓦，鈉燈 90140 流明瓦，大部分的耗電變成熱量損耗。LED 光效經(jīng)改良后將達(dá)到達(dá) 50200 流明瓦， 而且其光的單色性好、光譜窄，無需過濾可直接發(fā)出有色可見光。目前，世界各國均 加緊提高 LED 光效方面的研究，在不遠(yuǎn)的將來其發(fā)光效率將有更大的提高。 2、耗電量少 LED 單管功率

9、 0.030.06 瓦，采用直流驅(qū)動，單管驅(qū)動電壓 1.53.5 伏，電流 1518 毫安，反應(yīng)速度快，可在高頻操作。同樣照明效果的情況下，耗電量是白熾燈 泡的八分之一，熒光燈管的二分之一、日本估計(jì)，如采用光效比熒光燈還要高兩倍的 LED 替代日本一半的白熾燈和熒光燈。每年可節(jié)約相當(dāng)于 60 億升原油。就橋梁護(hù)欄燈 例，同樣效果的一支日光燈 40 多瓦，而采用 LED 每支的功率只有 8 瓦，而且可以七彩 變化。 3、使用壽命長 采用電子光場輻射發(fā)光，燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰減等缺點(diǎn)。而采用 LED 燈 體積小、重量輕，環(huán)氧樹脂封裝，可承受高強(qiáng)度機(jī)械沖擊和震動，不易破碎。平均壽 命達(dá) 10

10、萬小時(shí)。LED 燈具使用壽命可達(dá) 510 年，可以大大降低燈具的維護(hù)費(fèi)用，避 免經(jīng)常換燈之苦。 4、安全可靠性強(qiáng) 發(fā)熱量低，無熱輻射，冷光源，可以安全抵摸：能精確控制光型及發(fā)光角度，光 色柔和，無眩光；不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質(zhì)。內(nèi)置微處理系統(tǒng)可以控制 發(fā)光強(qiáng)度，調(diào)整發(fā)光方式，實(shí)現(xiàn)光與藝術(shù)結(jié)合。 5、有利于環(huán)保 LED 為全固體發(fā)光體，耐震、耐沖擊不易破碎，廢棄物可回收，沒有污染。光源體 積小，可以隨意組合，易開發(fā)成輕便薄短小型照明產(chǎn)品，也便于安裝和維護(hù)。 2.3 LED 燈的分類 1、LED 燈按發(fā)光管發(fā)光顏色分類 按發(fā)光管發(fā)光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色（又細(xì)分黃綠、標(biāo)準(zhǔn)綠和純綠

11、）、 藍(lán)光等。另外，有的發(fā)光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。 根據(jù)發(fā)光二極管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無色，上述各種顏色的發(fā)光二 極管還可分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散射四種類型。散射型發(fā)光二極 管和達(dá)于做指示燈用。 2、LED 燈按發(fā)光管出光面特征分類 按發(fā)光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型 管等。圓形燈按直徑分為 2mm、4.4mm、5mm、8mm、 10mm 及 20mm 等。國 外通常把 3mm 的發(fā)光二極管記作 T-1；把 5mm 的記作 T-1（3/4）；把 4.4mm 的 記作 T-1（1/4）。 由半值角大小可以估計(jì)圓形發(fā)光強(qiáng)度角

12、分布情況。 從發(fā)光強(qiáng)度角分布圖來分有三類： （1）高指向性。一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。 半值角為 520或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器 聯(lián)用以組成自動檢測系統(tǒng)。 （2）標(biāo)準(zhǔn)型。通常作指示燈用，其半值角為 2045。 （3）散射型。這是視角較大的指示燈，半值角為 4590或更大，散射劑的量 較大。 3、按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分類 按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及 玻璃封裝等結(jié)構(gòu)。 4、按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分類 按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分有普通亮度的 LED（發(fā)光強(qiáng)度 100mcd）；把發(fā)光強(qiáng)度在 10100m

13、cd 間的叫高亮度發(fā)光二極管。一般 LED 的工作電流在十幾 mA 至幾十 mA，而 低電流 LED 的工作電流在 2mA 以下（亮度與普通發(fā)光管相同）。 2.4 LED 節(jié)能燈的優(yōu)點(diǎn) （1）節(jié)能，白光 LED 的能耗僅為白熾燈的 1/10，節(jié)能燈的 1/4。 （2）長壽，壽命可達(dá) 10 萬小時(shí)以上,對普通家庭照明可謂一勞永逸。 （3）可以工作在高速狀態(tài).節(jié)能燈如果頻繁的啟動或關(guān)斷燈絲就會發(fā)黑很快的壞 掉。 （4）固態(tài)封裝，屬于冷光源類型。所以它很方便運(yùn)輸和安裝，可以被裝置在任何 微型和封閉的設(shè)備中，不怕振動，基本上用不著考慮散熱。 （5）LED 技術(shù)正日新月異的在進(jìn)步，它的發(fā)光效率正在取得驚

14、人的突破，價(jià)格也 在不斷的降低。一個(gè)白光 LED 進(jìn)入家庭的時(shí)代正在迅速到來。 （6）環(huán)保，沒有汞的有害物質(zhì)。LED 燈泡的組裝部件可以非常容易的拆裝，不用 廠家回收都可以通過其它人回收?？偨Y(jié)：很明顯，只要 LED 燈的成本隨 led 技術(shù)的不 斷提高而降低。節(jié)能燈及白熾燈必然會被 LED 燈泡所取代。目前國家越來越重視照明 節(jié)能及環(huán)保問題，已經(jīng)在大力推行使用 LED 燈泡了。 （7）配光技術(shù)使 LED 點(diǎn)光源擴(kuò)展為面光源，增大發(fā)光面，消除眩光，升華視覺效 果，消除視覺疲勞。 （8）透鏡與燈罩一體化設(shè)計(jì)。透鏡同時(shí)具備聚光與防護(hù)作用，避免了光的重復(fù)浪 費(fèi)，讓產(chǎn)品更加簡潔美觀。 （9）大功率 LE

15、D 平面集群封裝，及散熱器與燈座一體化設(shè)計(jì)。充分保障了 LED 散 熱要求及使用壽命，從根本上滿足了 LED 燈具結(jié)構(gòu)及造型的任意設(shè)計(jì)，極具 LED 燈具 的鮮明特色。 （10）節(jié)能顯著。采用超高亮大功率 LED 光源，配合高效率電源，比傳統(tǒng)白熾燈 節(jié)電 80%以上，相同功率下亮度是白熾燈的 10 倍。 （11）超長壽命 50,000 小時(shí)以上，是傳統(tǒng)鎢絲燈的 50 倍以上。LED 采用高可靠的 先進(jìn)封裝工藝共晶焊，充分保障 LED 的超長壽命。 （12）無頻閃。純直流工作，消除了傳統(tǒng)光源頻閃引起的視覺疲勞。 （13）綠色環(huán)保。不含鉛、汞等污染元素，對環(huán)境沒有任何污染。 （14）耐沖擊，抗雷力

16、強(qiáng)，無紫外線（UV）和紅外線（IR）輻射。無燈絲及玻璃 外殼，沒有傳統(tǒng)燈管碎裂問題，對人體無傷害、無輻射。 （15）低熱電壓下工作，安全可靠。表面溫度60（環(huán)境溫度 Ta=25時(shí)）。 （16）寬電壓范圍，全球通用。85V 264VAC 全電壓范圍恒流，保證壽命及亮度不 受電壓波動影響。 （17）采用 PWM 恒流技術(shù)，效率高，熱量低，恒流精度高。 （18）降低線路損耗，對電網(wǎng)無污染。功率因數(shù)0.9，諧波失真20%，EMI 符合 全球指標(biāo)，降低了供電線路的電能損耗和避免了對電網(wǎng)的高頻干擾污染。 （19）通用標(biāo)準(zhǔn)燈頭，可直接替換現(xiàn)有鹵素?zé)簟谉霟?、熒光燈?（20）發(fā)光效率可高達(dá) 801m/w，多

17、種色溫可選，顯色指數(shù)高，顯色性好。 2.5 白光 LED 開發(fā) 對于一般照明而言，人們更需要白色的光源。1998 年發(fā)白光的 LED 開發(fā)成功。這 種 LED 是將 GaN 芯片和釔鋁石榴石（YAG）封裝在一起做成。GaN 芯片發(fā)藍(lán)光 （p=465nm，Wd=30nm） ，高溫?zé)Y(jié)制成的含 Ce3+的 YAG 熒光粉受此藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃 色光發(fā)射，峰值 550nm。藍(lán)光 LED 基片安裝在碗形反射腔中，覆蓋以混有 YAG 的樹脂薄 層，約 200-500nm。 LED 基片發(fā)出的藍(lán)光部分被熒光粉吸收，另一部分藍(lán)光與熒光粉 發(fā)出的黃光混合，可以得到得白光?，F(xiàn)在，對于 InGaN/YAG 白色 L

18、ED，通過改變 YAG 熒 光粉的化學(xué)組成和調(diào)節(jié)熒光粉層的厚度，可以獲得色溫 3500-10000K 的各色白光。 目 前已商品化的第一種產(chǎn)品為藍(lán)光單晶片加上 YAG 黃色熒光粉，其最好的發(fā)光效率約為 25 流明/瓦，YAG 多為日本日亞公司的進(jìn)口，價(jià)格在 2000 元/公斤；第二種是日本住友 電工亦開發(fā)出以 ZnSe 為材料的白光 LED，不過發(fā)光效率較差。從表中也可以看出某些 種類的白色 LED 光源離不開四種熒光粉：即三基色稀土紅、綠、藍(lán)粉和石榴石結(jié)構(gòu)的 黃色粉，在未來較被看好的是三波長光，即以無機(jī)紫外光晶片加 R.G.B 三顏色熒光粉， 用于封裝 LED 白光，預(yù)計(jì)三波長白光 LED

19、今年有商品化的機(jī)機(jī)會。但此處三基色熒光 粉的粒度要求比較小，穩(wěn)定性要求也高，具體應(yīng)用方面還在探索之中。 現(xiàn)在,金融危機(jī)嚴(yán)重沖擊著歐美經(jīng)濟(jì)，國內(nèi)外企業(yè)為尋求新市場都已將目光轉(zhuǎn)向中 國國內(nèi)市場，而相對于傳統(tǒng)的照明行業(yè)必將有更多企業(yè)逐步轉(zhuǎn)向具有增長優(yōu)勢的 LED 節(jié)能燈市場。利益趨勢讓更多的企業(yè)進(jìn)入 LED 節(jié)能燈市場，其競爭必將越來越烈，國 內(nèi)廠商若要在新興產(chǎn)業(yè)中分一杯羹，提高技術(shù)實(shí)力與保證產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)是必不可少的元素。 LED 節(jié)能燈要在國內(nèi)市場普及還需一定時(shí)日，這也是國內(nèi)廠商快速提升自我的良好時(shí)機(jī)， 把準(zhǔn)市場脈搏、開足馬力研發(fā)具有競爭優(yōu)勢的產(chǎn)品，才能搶占新興產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)。 2.6 LED 的實(shí)際應(yīng)用

20、 （1）景觀照明市場：包括建筑裝飾、室內(nèi)裝飾、旅游景點(diǎn)裝飾等，主要用于重要 建筑、街道、商業(yè)中心、名勝古跡、橋梁、社區(qū)、庭院、草坪、家居、休閑娛樂場所 的裝飾照明，以及集裝飾與廣告為一體的商業(yè)照明。 （2）汽車市場：車用市場是 LED 運(yùn)用發(fā)展最快的市場，主要用于車內(nèi)的儀表盤、 空調(diào)、音響等指示燈及內(nèi)部閱讀燈，車外的第三剎車燈、尾燈、轉(zhuǎn)向燈、側(cè)燈等。 （3）背光源市場：LED 作為背光源已普遍運(yùn)用于手機(jī)、電腦、手持掌上電子產(chǎn)品 及汽車、飛機(jī)儀表盤等眾多領(lǐng)域。 （4）交通燈市場：由于紅、黃、綠光 LED 有亮度高、壽命長、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，在 交通信號燈市場的需求大幅增加。廈門市自 2000 年采用

21、第一座 LED 交通信號燈后，如 今全市 100 多座交通信號燈已有近 70更換為 LED。上海市則明文規(guī)定，新上的交通 信號燈一律采用 LED。 （5）戶外大屏幕顯示：由于高亮度 LED 能產(chǎn)生紅、綠、藍(lán)三原色的光，LED 全彩 色大屏幕顯示屏在金融、證券、交通、機(jī)場、郵電等領(lǐng)域備受青睞。近兩年，全彩色 LED 戶外顯示屏已代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燈箱、霓虹燈、磁翻板等而成為主流，尤其是在全球各大 型體育場館幾乎已成為標(biāo)準(zhǔn)配備。 （6）特殊工作照明和軍事運(yùn)用：由于 LED 光源具有抗震性、耐候性、密封性好， 以及熱輻射低、體積小、便于攜帶等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于防爆、野外作業(yè)、礦山、軍 事行動等特殊工作場所或

22、惡劣工作環(huán)境之中。 第 3 章 LED 節(jié)能燈的設(shè)計(jì) 3.1 設(shè)計(jì)思路 現(xiàn)在家庭用的白熾燈多為幾十瓦的，耗電大已成為大家最關(guān)心的問題，雖然市場 上已經(jīng)出現(xiàn)了節(jié)能燈這種產(chǎn)品，但光效卻不怎么好，我們這里采用了最簡單的二極管 發(fā)光來取代日光燈的想法，大家都知道小型發(fā)光二極管發(fā)出的光是微弱的，但 1+1=2 的道理告訴我們，多個(gè)發(fā)光二極管同時(shí)放出光源就會產(chǎn)生更大的光源，并且他的功率 極小，發(fā)熱低，不容易損壞，成本低廉等特點(diǎn)完全可以讓我們用它來代替日常照明。 工作原理可以簡單的說為將市電先轉(zhuǎn)化為 220V 直流電，經(jīng)過濾波后得到恒流溫壓 電，接入二極管使其發(fā)光。工作原理圖如圖 3-1 所示： 圖 3-1

23、 節(jié)能燈發(fā)光原理圖 3.2 所需元器件及功能 1、電容兩個(gè) 圖 1 中有 3 個(gè)電容，C1 作用為降壓和限流，電容的特性是通交流、隔直流。 C2C3 的作用為濾波，其作用是將整流后的脈動直流電壓濾波成平穩(wěn)直流電壓。其實(shí) C3 是可以取掉的，只用一個(gè)就可以了。 圖 3-2 電容 2、電阻三個(gè) 電阻 R1 為泄放電阻，其作用為：當(dāng)正弦波在最大峰值時(shí)刻被切斷時(shí)，電容 C1 上 的殘存電荷無法釋放，會長久存在，在維修時(shí)如果人體接觸到 C1 的金屬部分，有強(qiáng)烈 的觸電可能，而電阻 R1 的存在，能將殘存的電荷泄放掉，從而保證人、機(jī)安全。泄放 電阻的阻值與電容的大小有關(guān)，一般電容的容量越大，殘存的電荷就越

24、多，泄放電阻 就阻值就要選小些。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表，供設(shè)計(jì)時(shí)參考： C1 取(uf) 0.470.6811.52 R1 取值 1M750K510K360K200300K 電阻 R2 為限流電阻，作用是限制電路中的電流，它串聯(lián)在電路中起限制電路中的 電流的作用。 （如發(fā)光二極管電路中串聯(lián)的電阻） 。當(dāng)負(fù)載電流增大時(shí)，流過限流電阻 的電流同樣增大，由于該限流電阻存在一定的阻值，根據(jù)歐姆定律，則該電阻兩端的 電壓降同樣增大，等同于負(fù)載兩端的壓降相應(yīng)減小，起到保護(hù)負(fù)載不受大電流沖擊的 作用。 電阻 R3 為壓敏電阻( 或瞬變電壓抑制晶體管 )，作用是將輸入電源中瞬間的脈沖 高壓電壓對地泄放掉，從而保護(hù) L

25、ED 不被瞬間高壓擊穿。 3、集成整流橋一個(gè) 整流橋的作用就是能夠通過二極管的單向?qū)ǖ奶匦詫㈦娖皆诹泓c(diǎn)上下浮動的交 流電轉(zhuǎn)換為單向的直流電，通常電源中采用的整流橋除了這種單顆集成式的還有采用 四顆二極管實(shí)現(xiàn)的，它們的原理完全相同。 D1 D4 的作用是整流，其作用是將交流電整流為脈動直流電壓。 4、小型發(fā)光二極管若干 發(fā)光二極管是一個(gè)單向?qū)щ娖骷?。只允許電流從正極流向負(fù)極，只有正向接入時(shí) 才導(dǎo)通并發(fā)光，反向接入則截止不通。作用是用來做光源。下圖是其結(jié)構(gòu)圖: 圖 3-3 發(fā)光二極管 3.3 電路工作原理 當(dāng)電容 C1 連接于交流電路中時(shí)，其容抗計(jì)算公式為： XC = 1/2f C 式中，XC

26、表示電容的容抗、f 表示輸入交流電源的頻率、C 表示降壓電容的容量。 流過電容降壓電路的電流計(jì)算公式為： I = U/XC 式中 I 表示流過電容的電流、U 表示電源電壓、XC 表示電容的容抗。 在 220V、50Hz 的交流電路中，當(dāng)負(fù)載電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 220V 時(shí)，電流與電容的關(guān)系 式為： I = 69C 其中電容的單位為 uF，電流的單位為 mA 下表為在 220V50Hz 的交流電路中，理論電流與實(shí)際測量電流的比較： 表 電容(uf) 0.0470.10.220.4712.24.7 理論值 3.26.915.232.469152324 電流 (mA)實(shí)驗(yàn)值3.371532.5701523

27、25 串聯(lián)的數(shù)量視其正向?qū)妷? Vf )而定，在 220V AC 電路中，最多可以達(dá)到 80 個(gè)左右。 組件選擇：電容的耐壓一般要求大于輸入電源電壓的峰值，在 220V,50Hz 的交流 電路中時(shí)，可以選擇耐壓為 400 伏以上的滌綸電容或紙介質(zhì)電容。 D1D4 可以選擇 IN4007。 濾波電容 C2C3 的耐壓根據(jù)負(fù)載電壓而定，一般為負(fù)載電壓的 1.2 倍。其電容容 量視負(fù)載電流的大小而定。 3.4 降壓電容驅(qū)動電路原理 如圖 3-4 所示為其它形式的電容降壓驅(qū)動電路: 圖 3-4 電容降壓驅(qū)動電路圖 在圖 3-4 電路中可控硅 SCR 及 R3 組成保護(hù)電路當(dāng)流過 LED 的電流大于

28、設(shè)定 值時(shí)SCR 導(dǎo)通一定的角度從而對電路電流進(jìn)行分流使 LED 工作于恒流狀態(tài)從而 避免 LED 因瞬間高壓而損壞。 圖 3-5 在圖 3-5 電路中C1R1壓敏電阻L1R2 組成電源初級濾波電路能將輸入 瞬間高壓濾除C2R2 組成降壓電路C3C4L2及壓敏電阻組成整流后的濾波電 路。此電路采用雙重濾波電路能有效地保護(hù) LED 不被擊穿損壞。 圖 3-6 電容降壓應(yīng)用電路 圖 3-6 是一個(gè)最簡單的電容降壓應(yīng)用電路電路中利用兩只反并聯(lián)的 LED 對降壓 后的交流電壓進(jìn)行整流可以廣泛應(yīng)用于夜光燈按鈕指示燈要求不高的位置指示 燈等場合。 3.5 整流電路 將交流電壓變換為單向脈動的直流電壓。 在

29、穩(wěn)壓電源中一般用四個(gè)二極管組成橋式整流電路，整流電路的作用是將交流電壓 u2變換成脈動的直流電壓 u3。濾波電路一般由電容組成，其作用是把脈動直流電壓 u3 中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓 UI。UI與交流電壓 u2的有效值 U2 的關(guān)系為： 2 )2 . 11 . 1 (UUI 在整流電路中，每只二極管所承受的最大反向電壓為： 2 2UURM 流過每只二極管的平均電流為： R UI I R D 2 45 . 0 2 其中：R 為整流濾波電路的負(fù)載電阻，它為電容 C 提供放電通路，放電時(shí)間常數(shù) RC 應(yīng)滿足： 2 )53(T RC 其中：T = 20ms 是 50Hz 交流電壓

30、的周期。 3.6 注意事項(xiàng) 3.6.1 發(fā)光二極管 發(fā)光二極管的亮度與其工作電流 If 有關(guān)，一般當(dāng) If=1mA 時(shí)起輝。隨著 lf 的增加 亮度不斷增大。但當(dāng) lf5mA 后亮度增加不顯著。另外，發(fā)光二極管的最大工作電 流一般為 2030mA，超過此值將損壞發(fā)光二極管。因此，工作電流 lF 應(yīng)在 520mA 范 圍內(nèi)選擇，為節(jié)省電能,一般選擇 lf=5mA。 發(fā)光二極管的反向擊穿電壓一般在 5V 左右。使用中不應(yīng)使發(fā)光二極管承受超過 5V 的反向電壓,否則發(fā)光二極管將被擊穿損壞。 3.6.2 濾波電容 濾波電容用在電源整流電路中，用來濾除交流成分。使輸出的直流更平滑電容降 壓的工作原理并不

31、復(fù)雜。他的工作原理是利用電容在一定的交流信號頻率下產(chǎn)生的容 抗來限制最大工作電流。例如，在 50Hz 的工頻條件下，一個(gè) 1uF 的電容所產(chǎn)生的容抗 約為 3180 歐姆。當(dāng) 220V 的交流電壓加在電容器的兩端，則流過電容的最大電流約為 70mA。雖然流過電容的電流有 70mA，但在電容器上并不產(chǎn)生功耗，應(yīng)為如果電容是一 個(gè)理想電容，則流過電容的電流為虛部電流，它所作的功為無功功率。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)， 我們?nèi)绻谝粋€(gè) 1uF 的電容器上再串聯(lián)一個(gè)阻性元件，則阻性元件兩端所得到的電壓 和它所產(chǎn)生的功耗完全取決于這個(gè)阻性元件的特性。例如，我們將一個(gè) 110V/8W 的燈 泡與一個(gè) 1uF 的電容串聯(lián)

32、，在接到 220V/50Hz 的交流電壓上，燈泡被點(diǎn)亮，發(fā)出正常 的亮度而不會被燒毀。因?yàn)?110V/8W 的燈泡所需的電流為 8W/110V=72mA，它與 1uF 電 容所產(chǎn)生的限流特性相吻合。同理，我們也可以將 5W/65V 的燈泡與 1uF 電容串聯(lián)接到 220V/50Hz 的交流電上，燈泡同樣會被點(diǎn)亮，而不會被燒毀。因?yàn)?5W/65V 的燈泡的工 作電流也約為 70mA。因此，電容降壓實(shí)際上是利用容抗限流。而電容器實(shí)際上起到一 個(gè)限制電流和動態(tài)分配電容器和負(fù)載兩端電壓的角色。 電容降壓實(shí)際上是利用容抗限流。而電容器實(shí)際上起到一個(gè)限制電流和動態(tài)分配 電容器和負(fù)載兩端電壓的角色。采用電容

33、降壓時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （1）根據(jù)負(fù)載的電流大小和交流電的工作頻率選取適當(dāng)?shù)碾娙?，而不是依?jù)負(fù)載 的電壓和功率。 （2）限流電容必須采用無極性電容，絕對不能采用電解電容。而且電容的耐壓須 在 400V 以上。最理想的電容為鐵殼油浸電容。 （3）電容降壓不能用于大功率條件，因?yàn)椴话踩?（4）電容降壓不適合動態(tài)負(fù)載條件。 （5）同樣，電容降壓不適合容性和感性負(fù)載。 （6）當(dāng)需要直流工作時(shí)，盡量采用半波整流。不建議采用橋式整流。而且要滿足 恒定負(fù)載的條件。 3.6.3 白光 LED 的特性參數(shù) 從目前的 LED 產(chǎn)品的機(jī)理和結(jié)構(gòu)來看以下幾個(gè)方面是用來衡量 LED 優(yōu)劣的特性參 數(shù)。 1、電流/電壓

34、參數(shù)(正、反向) LED 的電性能具有典型的 PN 結(jié)伏安特性不同的電流直接影響 LED 的發(fā)光亮度和 PN 結(jié)的結(jié)溫。在照明應(yīng)用中為了獲得大功率的 LED 燈往往將許多個(gè)發(fā)光二極管通過一定 的串并聯(lián)方式組合在一起相關(guān)的各個(gè) LED 的特性必須匹配在交流工作狀態(tài)還必須考慮 其反向電特性因此必須測試它們在工作點(diǎn)上的正向電流和正向壓降以及反向漏電流和 反向擊穿電壓等參數(shù)。 2、光通量和輻射通量 發(fā)光二極管單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的總電磁能量稱為輻射通量也就是光功率(W)。對于照 明用 LED 光源我們更關(guān)心的是照明的視覺效果即光源發(fā)射的輻射通量中能引起人眼感 知的那部分當(dāng)量稱作為光通量 V(1m)。 輻射通

35、量與器件的電功率之比表示 LED 的輻射效率；光通量與器件的電功率之比表 示 LED 的發(fā)光效率單位 lm/W。由于 LED 是定向出射光如果從照明效果來評價(jià)其照明性 能更明顯。LED 的出射光到達(dá)工作面的有效光通量與總光通量之比表示為 LED 的光利用 系數(shù)。顯然照明用 LED 的光利用系數(shù)比普通各向發(fā)光的照明光源要高一些。 3、光強(qiáng)和發(fā)光角 無論是應(yīng)用于顯示或照明工程的 LED 其光強(qiáng)及其空間分布都是十分重要的參數(shù). 。LED 燈的定向發(fā)光特性對于某些局部或定向照明往往會達(dá)到非常好的照明效果。LED 的發(fā)光強(qiáng)度指在給定方向上單位立體角內(nèi)所發(fā)射的光通量： I= d/d(cd) (2-1) 光

36、強(qiáng)分布曲線如圖 1 所示是表示 LED 發(fā)光在空間各方向的分布狀態(tài)。在照明應(yīng)用 中計(jì)算工作面的照度均勻性和 LED 燈的空間布置光強(qiáng)分布是最基本的數(shù)據(jù)。對于空間 光束為旋轉(zhuǎn)對稱型分布的 LED 用一個(gè)過光束軸平面上的曲線表示即可。對光束為橢圓 形分布的 LED 則用過光束軸及橢圓形長短軸的兩個(gè)垂直平面上的曲線來表示.對于非對 稱的復(fù)雜圖形一般用過光束軸的六個(gè)以上截面的平面曲線來表示。 發(fā)光角(或光束角)通常用半強(qiáng)度角 1/2 表示即在光強(qiáng)分布圖中光強(qiáng)大于等于峰 值光強(qiáng) 1/2 時(shí)所包含的光束角度。 4、光譜功率分布 LED 的光譜功率分布表示輻射功率隨波長的變化函數(shù)它既確定了發(fā)光的顏色也確定

37、了它的光通量以及它的顯色指數(shù)。通常用相對光譜功率分布 S()表示光譜功率沿峰值 兩邊下降到其值的 50%時(shí)所對應(yīng)的兩個(gè)波長之差 2-1 即為光譜帶。 5、色品坐標(biāo) 選三原色紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)： X=R/(R+G+B)Y=G/(R+G+B)Z=B/(R+G+B) (2-2) 由于 X+Y+Z=1 所以只用給出 X 和 Y 的值就能唯一地確定一種顏色。這就是通常所 說的色度圖為了使坐標(biāo)值能直接表示亮度大小國際照明協(xié)會規(guī)定采用另一種色度坐標(biāo) X、Y、Z 與 R、G、B 間存在線性換算關(guān)系。 6、色溫和顯色指數(shù) 對于白光 LED 等發(fā)光顏色基本為“白光”的光源用色品坐標(biāo)可以準(zhǔn)確地表達(dá)該光 源

38、的表觀顏色。但具體的數(shù)值很難與習(xí)慣的光色感覺聯(lián)系在一起。人們經(jīng)常將光色偏 橙紅的稱為“暖色”比較熾白或稍偏蘭的稱為“冷色”因此用色溫來表示光源的光色 會更加直觀。 光源的發(fā)光顏色與在某一溫度下黑體輻射的顏色相同時(shí)則稱黑體的溫度為該光源 的色溫(color temperature) T 單位為開(K).對于白光 LED 其發(fā)光顏色往往與各種溫度 下的黑體(完全輻射體)的色品坐標(biāo)都不可能完全相同這時(shí)就不能用色溫表示。為了便 于比較而采用相關(guān)色溫(CCT)的概念。也就是當(dāng)光源的色品與完全輻射體在某一溫度下 的色品最接近即在 1960CIE-UCS 色品圖上的色品差最小時(shí)則該完全輻射體的溫度稱為 該光

39、源的相關(guān)色溫 R1。 用于照明工程的 LED 尤其是白光 LED 除表現(xiàn)顏色外更重要的特性往往是周圍的物 體在 LED 光照明下所呈現(xiàn)出來的顏色與該物件在完全輻射(如日光)下的顏色是否一致 即所謂的顯色特性。 1974 年 CIE 推薦了用“試驗(yàn)色”法來定量評價(jià)光源顯色性的方法它是測量參照光 源照明下和待測光源照明下標(biāo)準(zhǔn)樣品的總色位移量為基礎(chǔ)來規(guī)定待測光源的顯色性用 一個(gè)顯色指數(shù)值來表示。CIE 規(guī)定用完全輻射體或標(biāo)準(zhǔn)照明體 D 作為參照光源并將其顯 色指數(shù)定為 100 還規(guī)定了若干測試用的標(biāo)準(zhǔn)色樣。 根據(jù)在參照光源下和待測光源下上述標(biāo)準(zhǔn)色樣形成的色差來評定待測光源顯色性 的好壞。光源對某一種

40、標(biāo)準(zhǔn)色樣品的顯色指數(shù)稱為特殊顯色指數(shù) R1。 R1=100-4.6Ei (2-3) 式中Ei 為第 i 號標(biāo)準(zhǔn)色樣在參照光源下和待測光源下的色差。 CIE 推薦的標(biāo)準(zhǔn)色樣共有 14 種。其 1-8 號為中等飽和度、中等明度的常用代表性 色調(diào)樣品第 9 至 14 號樣品包括紅、黃、綠、藍(lán)等幾種飽和色、歐美的皮膚色和樹葉綠 色。在一些特殊場合使用的 LED 光源必須考核其特殊的顯色指數(shù)。 ON，串行口控制寄存器 SCON，中斷允許控制寄存器 IE，中斷優(yōu)先級控制寄存器 IP 等。內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器，全雙工方式的串行接口（UART） ，兩極中斷優(yōu)先權(quán)的 6 個(gè)中 斷源 5 個(gè)中斷矢量的中斷邏輯。哈佛結(jié)構(gòu)

41、的存儲器組織，支持高達(dá) 64K 為單周期指令， 支持六種尋址方式。最高時(shí)鐘振蕩頻率可達(dá) 12MHZ，大部分指令執(zhí)行時(shí)間為 1s，乘、 除指令為 4s。 第 4 章 簡單制作節(jié)能燈 4.1 所需材料 1M，100 歐電阻各一個(gè)，0.33UF/400V 電容一個(gè)，4.7UF/100V 電容一個(gè)，集成整流 橋一塊，24 個(gè)白色小功率發(fā)光二極管（1W），PCB 電路板兩塊。螺旋燈頭一個(gè)，能反 射光線的等座，與燈座相配的燈罩。 4.2 制作原理圖 圖 4-1 制作原理圖 4.3 制作流程 首先焊接 LED 燈板部分，制作前先將 LED 的所以焊盤仔細(xì)磨擦一遍，這樣可以清 除 PCB 上的氧化層，確保焊接

42、可靠。然后將白色 LED 按照 PCB 上標(biāo)注的極性仔細(xì)插入 PCB，注意：引腳長的那根腳插入 PCB 上標(biāo)有“+”的孔中，千萬不能插反。 在焊接 LED 時(shí)請一定要選用不漏電的 30W 尖頭電烙鐵，可以先焊好 LED 的一個(gè)引 腳觀察 LED 的位置，如果不正可以融化焊錫時(shí)扶正，確認(rèn)位置正確后焊接另一個(gè)引腳。 焊接要干脆果斷，焊接時(shí)間不能過長，應(yīng)控制在 2 秒以內(nèi)，否則，LED 有可能被損壞。 焊接完燈板后焊接電路板，這里一定要注意，千萬不能將元器件接反了，一切完 成后先對其進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試沒問題則將 PCB 板上的電源引線接到燈頭上，然后用膠進(jìn) 行固定，到這里還沒有制作完成，需要調(diào)試產(chǎn)品是否

43、漏電，如果沒有，那么我們就做 出了 LED 節(jié)能燈。 4.4 檢測與調(diào)試 （1）首先檢查各元器件是否完好。 （2）制作完成后先用 12V 電壓對其性能做下調(diào)試。 （3）然后檢查是否有漏電等異常。 （4）接入電源后觀察是否有異常現(xiàn)象。 （5）將電源不斷開/關(guān)看是否有問題。 （6）觀察電表看是否達(dá)到節(jié)能目的。 總結(jié) 經(jīng)過了 2 個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，深有感觸啊。我們組直到最近幾天設(shè)計(jì)完成，其他組 的同學(xué)有的早早就做完的了，而我們卻一直忙的沒時(shí)間，回來后每天一直搞到凌晨 34 點(diǎn)才吃飯，吃完就接著做，一個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)而已，可以想象搞開發(fā)是如何的不容易 了，工作更是不簡單，生活不是我們在寢室里所想象的那樣，首先

44、自己的事情主要還 是靠自己，雖然合作也同樣重要，有一個(gè)好的合作伙伴也是不容忽視的，現(xiàn)在的很多 工程、項(xiàng)目或者開發(fā)都是一個(gè)團(tuán)體共同努力，每一個(gè)成員都要用功，一個(gè)項(xiàng)目或課題 決定在幾個(gè)人手里，那是不健康的、沒有什么剛好的前途的，從本次課程設(shè)計(jì)的目的 來看，收獲也是不少的，它使我們對課本以及以前學(xué)過的知識有了一個(gè)更好的總結(jié)與 理解，也讓我們知道了，光分開使不夠的，從外面學(xué)到的知識要把形成一各整體，這 也很好的訓(xùn)練了外面對開發(fā)一個(gè)項(xiàng)目應(yīng)該有怎樣的思路和準(zhǔn)備更清晰。來學(xué)校三年了， 無論是從 C 語言課程設(shè)計(jì)到金工實(shí)習(xí)，還是從電子實(shí)習(xí)到現(xiàn)在的數(shù)電課程設(shè)計(jì)，每一 次自己都覺得有一個(gè)進(jìn)步，雖然有些方面自己做不出，但可以從老師和其他同學(xué)那里 學(xué)到更好更多的東西，他們從另一個(gè)方面透析了自己的困難，這是很重要的，它讓我 學(xué)會了怎樣學(xué)習(xí)別人的長處并把它變成自己的長處。有這樣的機(jī)會和收獲，要感謝老 師的輔導(dǎo)以及同學(xué)的幫助，是他們讓自己有了一個(gè)更好的認(rèn)識，無論是學(xué)習(xí)還是生活， 生活是實(shí)在的，要踏實(shí)走路，雖然自己走出來的路要崎嶇的多，但覺得踏實(shí)、放心。 參考文獻(xiàn) 1康華光 模擬電子技術(shù) 北京:高等教育出版社,2006.101-150. 2鄒