LED節(jié)能燈的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

1、嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論 文） 題目名稱(chēng)： led燈的設(shè)計(jì) 姓 名： 所在分院： 機(jī)電與汽車(chē)分院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 機(jī)電101 指導(dǎo)教師： 2013 年05月28日 目錄目錄i摘 要ii第一章led的概況11.1發(fā)光二極管簡(jiǎn)介11.2提高發(fā)光強(qiáng)度及發(fā)光效率31.3閃光燈31.4適用范圍4第二章硬件設(shè)計(jì)43.2. 硬件理論框圖52.4電容降壓原理介紹62.5應(yīng)用電容降壓電路驅(qū)動(dòng)led節(jié)能燈7第三章裝配過(guò)程11第四章 與其他燈比較144.1經(jīng)濟(jì)方面144.2其他方面15結(jié) 語(yǔ)16致 謝17參考文獻(xiàn)18摘 要因節(jié)能的需要以及人們對(duì)照明質(zhì)量要求的不斷提高，半導(dǎo)體照明光源以其高效節(jié)能、長(zhǎng)壽命、色彩

2、豐富和環(huán)保等特點(diǎn)受到了人們的廣泛關(guān)注。大功率發(fā)光二極管作為半導(dǎo)體照明的代表，其性能近來(lái)提高很快，發(fā)光效率已超過(guò)50lm/w,有望取代白熾燈、熒光燈和壓放電等傳統(tǒng)光源，成為人類(lèi)照明史上的第四代照明光源 led節(jié)能燈節(jié)電高達(dá)80以上，壽命為普通燈的10倍以上，幾乎是免維護(hù)，不存在要經(jīng)常更換燈管、鎮(zhèn)流器、起輝器的問(wèn)題，約半年下來(lái)節(jié)省的費(fèi)用就可以換回成本。綠色環(huán)保型的半導(dǎo)體電光源，光線柔和，光譜純，有利于工人的視力保護(hù)及身體健康，6000k的冷光源給人視覺(jué)上清涼的感受，有助于集中精神，提高效率。關(guān)鍵字led; 節(jié)能;亮度ii 第一章led的概況 1.1發(fā)光二極管簡(jiǎn)介發(fā)光二極管(led)是一種電致發(fā)光的

3、光電器件。發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu) led lamp(led 燈)主要由支架、銀膠、晶片、金線、環(huán)氧樹(shù)脂五種物料所組成。一、支架：1）、支架的作用：用來(lái)導(dǎo)電和支撐 2）、支架的組成：支架由支架素材經(jīng)過(guò)電鍍而形成，由里到外是素材、銅、鎳、銅、銀這五層所組成。 二、銀膠 銀膠的作用：固定晶片和導(dǎo)電的作用。 三、晶片（chip）： 發(fā)光二極管和led芯片的結(jié)構(gòu)組成1）、晶片的作用：晶片是led lamp的主要組成物料，是發(fā)光的半導(dǎo)體材料。 2）、晶片的組成：晶片是采用磷化鎵（gap）、鎵鋁砷（gaalas）或砷化鎵（gaas）、氮化鎵（gan）等材料組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有單向?qū)щ娦浴?3）、晶片的結(jié)構(gòu): 焊單

4、線正極性（p/n結(jié)構(gòu)）晶片，雙線晶片。晶片的尺寸單位：mil晶片的焊墊一般為金墊或鋁墊。其焊墊形狀有圓形、方形、十字形等。 四、金線：金線的作用：連接晶片pad（焊墊）與支架，并使其能夠?qū)ā?五、環(huán)氧樹(shù)脂：環(huán)氧樹(shù)脂的作用：保護(hù)lamp的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可稍微改變lamp的發(fā)光顏色，亮度及角度；使lamp成形。 六、模條：模條是lamp成形的模具，一般有圓形、方形、塔形等。支架植得深淺是由模條的卡點(diǎn)高低所決定。模條需存放在干凈及室溫以下的環(huán)境中，否則會(huì)影響產(chǎn)品外觀不良。1.2提高發(fā)光強(qiáng)度及發(fā)光效率 作為指示燈方面的應(yīng)用,有幾個(gè)mcd的發(fā)光強(qiáng)度也可以了,但由led組成的數(shù)碼管或字符管則顯得亮度不足,若

5、要用于戶(hù)外作信號(hào)或標(biāo)志顯示,則其亮度太低,不能滿(mǎn)足使用的要求。所以led的主要發(fā)展方向是提高發(fā)光強(qiáng)度。1.3閃光燈 數(shù)碼相機(jī)正逐漸替代用膠卷的相機(jī),在數(shù)碼相機(jī)中采用超高亮度的白光led替代了傳統(tǒng)的氙燈。采用超高亮度的白光led作閃光燈不僅電路簡(jiǎn)單、尺寸小、耗電省,而且無(wú)須充電時(shí)間。例如,前面提到的1w白光led xl7090wht,它在用作閃光燈時(shí),700ma的脈沖電流時(shí)其典型光通量為981m。 目前，照明消耗約占整個(gè)電力消耗的20%，大大降低照明用電是節(jié)省能源的重要途徑，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)業(yè)界已研究開(kāi)發(fā)出許多種節(jié)能照明器具，并達(dá)到了一定的成效。但是，距離“綠色照明”的要求還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，開(kāi)發(fā)和應(yīng)用更

6、高效、可靠、安全、耐用的新型光源勢(shì)在必行。led以其固有的優(yōu)越性正吸引著世界的目光。1.4適用范圍適用范圍：寫(xiě)字樓、工廠、商場(chǎng)、學(xué)校、居家等室內(nèi)照明。第二章硬件設(shè)計(jì)2.1.驅(qū)動(dòng)原理分析及應(yīng)用 一、應(yīng)用要求1、驅(qū)動(dòng)電路是一種專(zhuān)為led供電的特種電源，要具有簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)、較小的占用體積，以及較高的轉(zhuǎn)換效率。2、驅(qū)動(dòng)電路的輸出電參數(shù)(電流、電壓)要與被驅(qū)動(dòng)的led的技術(shù)參數(shù)相匹配，滿(mǎn)足led的要求，并具有較高精度的恒流控制、合適的限壓功能。多路輸出時(shí)，每一路的輸出都要能夠單獨(dú)控制。3、具有線性度較好的調(diào)光功能，以滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)led發(fā)光亮度調(diào)節(jié)的要求。4、在異常狀態(tài)(led開(kāi)路、短路、驅(qū)動(dòng)電路

7、故障)時(shí)，電路能夠?qū)﹄娐繁旧?、led和使用者都有相應(yīng)的保護(hù)作用。5、驅(qū)動(dòng)電路工作時(shí)，對(duì)其他電路的正常工作干擾少，滿(mǎn)足相關(guān)的電磁兼容性要求。二、電路工作原理電路的工作原理是利用按照要求通斷的電子開(kāi)關(guān)s的通斷作用。在s開(kāi)通時(shí)電源vdd給電感l(wèi)儲(chǔ)能，s關(guān)斷后l上的電壓極性反轉(zhuǎn)與電源電壓vf相疊加來(lái)得到滿(mǎn)足led工作時(shí)要求的電流值if和電壓值vr，通過(guò)電流負(fù)反饋?zhàn)饔?由r0進(jìn)行電流取樣)，使得流過(guò)led的電流if穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，同時(shí)可以兼有一定范圍的調(diào)光功能。三、應(yīng)用方式照明級(jí)白光led不適合采用線性手過(guò)改變段來(lái)調(diào)節(jié)其發(fā)光的亮度，應(yīng)該采用電流if的幅值不變，只改變if，單位時(shí)間內(nèi)電流脈j中寬度的方

8、式來(lái)調(diào)光，因?yàn)檫@樣不會(huì)改變其發(fā)光的光譜而造成白光的偏色。常用的調(diào)光應(yīng)用主要采用以下幾種方式：1、脈寬調(diào)制方式：脈寬調(diào)制是一種常見(jiàn)的調(diào)節(jié)led亮度的方式。通過(guò)改變加在led上的矩形脈沖電流的寬度大，使led上得到的平均電流在較大的范圍內(nèi)改變，可以獲得較大范圍的調(diào)光效果。2、頻率調(diào)制方式：頻率調(diào)制是另一種調(diào)節(jié)led亮度的方式。保持加在led上的矩形脈沖電流(幅值不變)的寬度不變，通過(guò)改變單位時(shí)間加在led上的矩形脈；中電流的個(gè)數(shù)多少，使led上得到的平均電流在較大的范圍內(nèi)發(fā)生變化，使得led亮度具有較大范圍的調(diào)節(jié)。3、位角調(diào)制方式：位角調(diào)制是采用一串含有二進(jìn)制序列脈沖，并且序列脈沖的每一位寬度都按

9、照其位值的比例來(lái)延展。通過(guò)改變單位時(shí)間加在led上的矩形脈；中電流占有位值所延展的寬度，使led上得到的平均電流在較大的范圍內(nèi)發(fā)生變化，以調(diào)節(jié)led的亮度。3.2. 硬件理論框圖220v市電輸入降壓電路整流電路穩(wěn)壓輸出3.3電路圖設(shè)計(jì)2.3.pcb電源板2.4電容降壓原理介紹電容降壓的工作原理并不復(fù)雜。他的工作原理是利用電容在一定的交流信號(hào)頻率下產(chǎn)生的容抗來(lái)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(guò)電容的最大電流約為70ma。雖然流過(guò)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)

10、理想電容，則流過(guò)電容的電流為虛部電流，它所作的功為無(wú)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)，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(huì)被燒毀。因?yàn)?10v/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(huì)被點(diǎn)亮，而不會(huì)被燒毀。因?yàn)?w/65v的燈泡的工作電流也約為70ma。

11、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(dòng)態(tài)分配電容器和負(fù)載兩端電壓的角色。采用電容降壓時(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(wú)極性電容，絕對(duì)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? 電容降壓不適合動(dòng)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。電阻、電容和電感作為電子電路的基本元件，熟知它們的特性并靈活地應(yīng)用它們是非常重要的。2.5應(yīng)用電容降壓電路驅(qū)動(dòng)led節(jié)能燈采用電容降壓電路是一種常見(jiàn)的小

12、電流電源電路由于其具有體積小成本低電流相對(duì)恒定等優(yōu)點(diǎn)常應(yīng)用于led的驅(qū)動(dòng)電路中。舉例分析：圖一為一個(gè)實(shí)際的采用電容降壓的led驅(qū)動(dòng)電路因壓敏電阻或瞬變電壓抑制晶體管能在電壓突變瞬間(如雷電大用電設(shè)備起動(dòng)等)有效地將突變電流泄放從而保護(hù)二級(jí)關(guān)和其它晶體管它們的響應(yīng)時(shí)間一般在微毫秒級(jí)。2.5.1電路工作電容c1的作用為降壓和限流電容的特性是通交流隔直流當(dāng)電容連接于交流電路中時(shí)xc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。其容抗計(jì)算公式為xc=1/2fc流過(guò)電容降壓電路，i表示流過(guò)電容的電流u表示電源電壓xc表示電容的容抗，電流計(jì)算公式為 i=u/xc在220v50hz的交流電路中

13、當(dāng)負(fù)載電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于220v時(shí)電容的單位為uf電流的單位為ma，電流與電容的關(guān)系式為i=69c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(wú)法釋放會(huì)長(zhǎng)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多泄放電阻就阻值就要選小些。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表d1d4的作用是整流其作用是將交流電整流為脈動(dòng)直流電壓。c2c3的作用為濾波其作用是將整流后的脈動(dòng)直流電壓濾波成平穩(wěn)直流電壓壓敏電阻(或瞬變電壓抑制晶體管)的作用是將輸入電源中瞬間的脈沖高壓電壓對(duì)地泄放掉

14、從而保護(hù)led不被瞬間高壓擊穿。led串聯(lián)的數(shù)量視其正向?qū)妷?vf)而定在220vac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。下列電路圖為其它形式的電容降壓驅(qū)動(dòng)電路現(xiàn)舉例如下圖二在圖二電路中可控硅scr及r3組成保護(hù)電路當(dāng)流過(guò)led的電流大于設(shè)定值時(shí)scr導(dǎo)通一定的角度從而對(duì)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

15、三在圖三電路中c1r1壓敏電阻l1r2組成電源初級(jí)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不被瞬間高壓擊穿損壞。 圖四是一個(gè)最簡(jiǎn)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(duì)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(chǎng)合。2.5.2.電容降壓計(jì)算這一類(lèi)的電路通常用于低成本取得非隔離的小電流電源。它的輸出電壓通?？稍趲追饺龓资?，取決于所使用的齊納穩(wěn)壓管。所能提供的電流大小正比于限流電容容量。采用半波整流時(shí)，每微法電容可得到電流（平均值）為：（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位）i(av

16、)=0.44*v/zc=0.44*220*2*pi*f*c=0.44*220*2*3.14*50*c=30000c=30000*0.000001=0.03a=30ma如果采用全波整流可得到雙倍的電流（平均值）為：i(av)=0.89*v/zc=0.89*220*2*pi*f*c=0.89*220*2*3.14*50*c=60000c=60000*0.000001=0.06a=60ma一般地，此類(lèi)電路全波整流雖電流稍大，但是因?yàn)楦〉?，穩(wěn)定性和安全性要比半波整流型更差，所以在這次的設(shè)計(jì)中我用的是半波整流。使用這種電路時(shí)，需要注意以下事項(xiàng)：1、未和220v交流高壓隔離，請(qǐng)注意安全，嚴(yán)防觸電！2、限流

17、電容須接于火線，耐壓要足夠大（大于400v），并加串防浪涌沖擊兼保險(xiǎn)電阻和并放電電阻。3、注意齊納管功耗，嚴(yán)禁齊納管斷開(kāi)運(yùn)行。-第三章裝配過(guò)程降壓用cbb電容常用cbb電容：常用cbb金屬化電容，規(guī)格有104/400v 、334/400v 、105/400v 等。散光源led燈白色，分光分色，多個(gè)串聯(lián)不會(huì)出現(xiàn)色差 實(shí)際亮度1500018000mcd 尺寸：5mm 透明 發(fā)光角度：20度 電壓：3.2-3.4v 電流：20毫安塑料外殼其他材料led安裝底座焊接完后的pcb圖:成品圖片本方案設(shè)計(jì)的為 20led節(jié)能燈,材料包括e27燈頭，pbt阻燃外殼，20led安裝線路板，電源線路板，降壓電容，

18、濾波電解電容，硅橋，電阻，導(dǎo)線，不含led。設(shè)計(jì)功率1.5w左右，亮度超過(guò)10w普通燈泡，節(jié)能環(huán)保，特別合適做路燈，臺(tái)燈，夜明燈，也可用于家庭照明。第四章 與其他燈比較 4.1經(jīng)濟(jì)方面白光led做成的照明燈節(jié)能、長(zhǎng)壽命。筆者將發(fā)光亮度相差不多的三種燈在使用中作了節(jié)電上及經(jīng)濟(jì)上的比較。這三種燈分別是3w的白光led燈泡、5w的節(jié)能熒光燈和25w的白熾燈泡。這三種燈都采用220v市電供電。在計(jì)算中,3w的白光led燈泡按5w計(jì)算(其中有2w是ad/dc及驅(qū)動(dòng)電路的損耗),5w的節(jié)能熒光燈按7w計(jì)算(2w是自鎮(zhèn)流及電路的損耗)。這里要說(shuō)明的是3w白光led燈泡及5w節(jié)能熒光燈的生產(chǎn)工廠并沒(méi)有給出這種

19、損耗值,2w是筆者估算的。從節(jié)電的方面來(lái)比較,同樣使用了50000h,白熾燈要用1250度電,而3w的白光led燈只要250度電,相差1000度電。如果全國(guó)有1億只3w白光led燈替代了25w白熾燈泡,則在50000h的使用時(shí)間中可節(jié)省1000億度電。另外,從經(jīng)濟(jì)方面來(lái)比較,用1個(gè)3w白光led燈點(diǎn)了50000h,總的花費(fèi)是209元,若用25w白熾燈泡需花費(fèi)688.4元,相差479.4元。 4.2其他方面相比于其他燈具，led節(jié)能燈的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1.高節(jié)能：節(jié)能能源無(wú)污染即為環(huán)保。直流驅(qū)動(dòng)，超低功耗（單管0.03-0.07瓦）電光功率轉(zhuǎn)換接近100%，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)

20、能80%以上。 2.綠色環(huán)保：環(huán)保效益更佳，光譜中沒(méi)有紫外線和紅外線，也沒(méi)有輻射，眩光小，無(wú)污染，無(wú)汞有害氣體不含汞元素，冷光源，可以安全觸摸，而且廢棄物可回收，屬于典型的綠色照明光源，無(wú)紫外線，紅外線是真正的綠色環(huán)保光源。 3.無(wú)輻射，杜絕輻射污染，保護(hù)大腦，具有優(yōu)越的靜電防護(hù)功能,光照效果柔和，恒流驅(qū)動(dòng)，零頻閃，保護(hù)視力，預(yù)防近視；無(wú)紫外線輻射,直流燈無(wú)頻閃,真正白光近似自然晝光，適合視覺(jué)要求,保護(hù)眼睛皮膚 4.使用壽命，固體冷光源，環(huán)氧樹(shù)脂封裝，燈體內(nèi)也沒(méi)有松動(dòng)的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點(diǎn)，使用壽命可達(dá)6萬(wàn)到10萬(wàn)小時(shí)，是普通燈泡的50倍；相當(dāng)于不間斷照明10年時(shí)間，幾

21、乎是免維護(hù)，不存在要經(jīng)常更換燈管、鎮(zhèn)流器、起輝器的問(wèn)題。 5.靜音設(shè)計(jì)，整燈無(wú)任何噪音干擾。 結(jié) 語(yǔ)在此次led節(jié)能燈的設(shè)計(jì)中，充分的體現(xiàn)出大學(xué)的知識(shí)是綜合性的，是一個(gè)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力靈活運(yùn)用個(gè)方面知識(shí)的具有挑戰(zhàn)性的課題。剛開(kāi)始的時(shí)候會(huì)感覺(jué)老師給的這個(gè)課題有點(diǎn)難，但人生不就是一個(gè)不斷克服困難的過(guò)程么？在此次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足之處，比如說(shuō)protel學(xué)的不是很精只會(huì)一些皮毛而已，以及對(duì)書(shū)本上的知識(shí)掌握的不是很好。但是，我今后一定會(huì)把自己的不足之處給改正過(guò)來(lái)的。剛開(kāi)始會(huì)遇到很多挫折，并不是說(shuō)按照原理圖焊接出來(lái)，就直接可以正常使用，在這幾日里，我經(jīng)歷了階段性成功的狂喜，測(cè)試

22、失敗后的沮喪，陷入困境的急噪，重新投入的振作，這樣的心路歷程是非常寶貴的體會(huì)，正是有了大家的鼎立合作終于成功了。同學(xué)們?cè)谠O(shè)計(jì)的過(guò)程中互相幫助讓我深刻的體會(huì)出團(tuán)結(jié)就是力量的含義。讓我印象最深刻的就是，降壓電容配置不好,很容易燒毀,并且我還被觸電了多次.我現(xiàn)在才明白，單有理論還不夠的，照著書(shū)做是不夠的，我們更需要的是實(shí)踐能力和經(jīng)驗(yàn)。除此之外，我還學(xué)會(huì)掌握了書(shū)本以外的電子電路方面的知識(shí)，尤其是在制作pcb板的時(shí)候受益扉淺，制板的過(guò)成中遇到另外種種問(wèn)題，感謝各位工程部的同事和學(xué)校的老師提供的元器件、工具和幫助，更要感謝在我實(shí)習(xí)期間在公司給予我重大幫助和鼓勵(lì)的張敏師傅,他不厭其煩,認(rèn)真指導(dǎo),仔細(xì)講解,才使得我設(shè)計(jì)能夠順利完成,同時(shí)還要感謝我的同學(xué)們給我很大的幫助。在此誠(chéng)摯的說(shuō)一聲：謝謝！致 謝長(zhǎng)途跋涉，為的是到達(dá)終點(diǎn)的甘甜和芳香。論文寫(xiě)到這里，大學(xué)生活也要慢慢劃上句號(hào)。從開(kāi)學(xué)初