LED书写台灯的设计制作步骤

用LED照明的优点是无辐射、高效率、长寿命、节约能源、绿色环保。但大功率(瓦级)白光LED因造价过高而制约了其在普通照明中的应用。采用价格低廉的超高亮小功率白光LED制作灯具是一种替代方法。

下面介绍采用多个LED组和制作LED书写台灯的设计、制作方法及步骤。

1.技术要求

(1)具有较高的照度，在桌面上有效的照明区域内不低于3001x;

(2)输出的光线较为均匀、柔和，视觉效果较好：

(3)使用安全、方便、产生的眩光较少。

2.LED台灯的制作

为了使LED台灯能与市售商品相媲美，借用了某品牌调光台灯(普通晶间管)的外壳，将原来的灯头、调光线路板等拆除，保留了外壳和电源开关(带电位器)。具体的制作说明如下：

(1)LED的排列角度

白光LED的光输出主要集中于法线方向。为了获得较大的照明有效区域、保证有均匀的照度，LED间的安装就要呈放射状(法线的夹角一般为5度~15度)。夹角太小，光输出集中，有效照射面积小、照度高、均匀度好;夹角太大，光输出分散，照射面积增大、均匀度变差(形成一个个边界明显的光斑)。科学的做法是，借助计算机模拟确定夹角，以获得良好的设计指标和效果。考虑到白光LED台灯对有效照明范围的要求不是太大，因此本文采用较小的夹角，以保证较高的亮度和均匀性。

(2)LED的安装和固定

采用Φ1Omm炮弹型超高亮LED(Vf=3.3V，If=30mA(降额使用)，Pf=0.1W)。

安装基板材料取自Φ300mm左右的乳白色旧PVC球形灯罩(厚度约2mm)，按照下图中的示意排列、划线、开孔，然后将LED用无色玻璃胶粘牢在基片上，引脚的+、-极按照圆周方向均匀排列，以便于连接。待胶干透后(24小时后)，在基板背面将每只LED的+、-引脚搭焊(引脚问套绝缘管绝缘)，并整体串联起来(由中心向外呈螺旋状)，再用红(+)、绿色(-)导线将LED串的首尾引出待用。在基板的背面加一层绝缘涤纶薄膜，并用玻璃肢封边。

(3)驱动电路的原理

驱动电路的性能对于保证发挥LED的效能、LED台灯的正常使用及使用者的安全来说都是至关重要的。由于白光LED的特殊性，要求采用恒流供电的驱动方式。考虑到采用市电电源供电，要尽量做到电路简单、使用可靠，因此选用电容降压型恒流驱动电路，以及交流电压过零接通方式，很好地解决了随机通断所产生的大冲击电流损坏LED的问题。电路见下图。

交流220V经过电源开关S1、双向晶间管Q1、镇流电容C4//C5加到整流桥D3~D6后，输出脉动直流电流，经限流电阻R6加到LED1~LED50，令其发光;采用过零触发光电耦合器IC1来驱动Q1，保证在市电电压过零时接通主电路，使得电流由零逐步增长，没有冲击电流产生，关断时亦为电流过零关断;保护电路由过压吸收元件RV1/2、保护熔丝F1、滤波元件C1/L1、限流元件R6等构成，用于滤除高次谐波的干扰、吸收来自市电及故障时的瞬时过压，以及起到在异常状态时限制流过LED串的电流等作用。

3.需要注意的问题

(1)LED的老化

为了提高使用的稳定性，需要剔除质量较差的LED。在安装前，需要对LED进行的通电老化。LED老化时的连接电路见下图。调节调压器的输出，使得流过LED串的电流为40mA，通电72小时后，将不发光的LED剔除。

(2)防止静电损坏

LED的本质是一PN结，故在所能承受的电压较低，因此在安装制作过程中应该防止静电击穿PN结、损坏LED(以短路为多)。用手拿LED时，需要将手上的静电放掉(摸一下金属接地极)，焊接时要将电烙铁的外壳接地。

4.LED台灯效果

组装好的白光经测试其主要的指标为：

(1)交流输入电压：220V±10%;(2)LED串消耗的电流、功率分别为30mA、5W(电压220V为参考值);

(3)LED串电流波动范围：25mA~35mA(在电压220V±10%范围);

(4)桌面照度：>5001x(照明有效范围内);

(5)有效照亮范围：椭圆的长短直径约为900cm×6OOcm(斜照射，灯罩中心距离桌面约35cm)。

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