LED書寫臺燈的設計制作步驟

用LED照明的優點是無輻射、高效率、長壽命、節約能源、綠色環保。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書寫臺燈的設計、制作方法及步驟。

1.技術要求

(1)具有較高的照度，在桌面上有效的照明區域內不低于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，借用了某品牌調光臺燈(普通晶間管)的外殼，將原來的燈頭、調光線路板等拆除，保留了外殼和電源開關(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)。科學的做法是，借助計算機模擬確定夾角，以獲得良好的設計指標和效果。考慮到白光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)，并整體串聯起來(由中心向外呈螺旋狀)，再用紅(+)、綠色(-)導線將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)驅動電路的原理

驅動電路的性能對于保證發揮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重要的。由于白光LED的特殊性，要求采用恒流供電的驅動方式?？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生的大沖擊電流損壞LED的問題。電路見下圖。

交流220V經過電源開關S1、雙向晶間管Q1、鎮流電容C4//C5加到整流橋D3~D6后，輸出脈動直流電流，經限流電阻R6加到LED1~LED50，令其發光;采用過零觸發光電耦合器IC1來驅動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，沒有沖擊電流產生，關斷時亦為電流過零關斷;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

為了提高使用的穩定性，需要剔除質量較差的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。調節調壓器的輸出，使得流過LED串的電流為40mA，通電72小時后，將不發光的LED剔除。

(2)防止靜電損壞

LED的本質是一PN結，故在所能承受的電壓較低，因此在安裝制作過程中應該防止靜電擊穿PN結、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);

(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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