整體反射光二極管手術(shù)無影燈光源系統(tǒng)*

陳玲娣 田明祥 鞠澤生 嚴(yán)俊麗

1 手術(shù)無影燈概述

手術(shù)無影燈是醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)手術(shù)室中必備的常規(guī)裝備，其為醫(yī)用特殊照明設(shè)備。手術(shù)無影燈隨著光源的發(fā)展而進(jìn)步，目前所使用的多為整體反射光二極管(light emitting diode，LED)燈；光源的發(fā)展經(jīng)歷了由多孔無影燈、反射無影燈、LED手術(shù)無影燈等。手術(shù)無影燈從結(jié)構(gòu)、光源、反射方式及工作環(huán)境等的不同進(jìn)行分類，其有多種形式和類別。①從安裝方式可分為移動式手術(shù)無影燈和固定式手術(shù)無影燈；②從燈盤使用光源數(shù)量可分為獨頭無影燈和多頭無影燈；③從燈盤數(shù)量可分為子母無影燈和單頭無影燈；④從反射方式可分為整體反射無影燈和孔式無影燈；⑤從光反射級數(shù)可分為單反射無影燈和多級聚焦無影燈；⑥從光源類型可分為普通無影燈、鹵素?zé)o影燈及LED無影燈等。

隨著醫(yī)院凈化手術(shù)間的逐步使用，層流手術(shù)間內(nèi)對影響層流的主要因素?zé)嵩醇白璧K物的控制要求也隨之提高，傳統(tǒng)手術(shù)無影燈無法滿足高標(biāo)準(zhǔn)凈化手術(shù)室的技術(shù)要求。近年來，LED手術(shù)無影燈有較大的發(fā)展，尤其是多頭無影燈的應(yīng)用有了新擴(kuò)展。目前，LED手術(shù)無影燈為多燈頭，整體反射手術(shù)無影燈使用鹵素?zé)襞荩涔β蕿?10～250 W。鹵素?zé)糇鳛楣庠雌湎碾娔艽螅a(chǎn)生的熱能多，但只需一個燈泡即可滿足需要，且光源好調(diào)節(jié)、控制，有備用燈，應(yīng)急性能好，其特點是能夠達(dá)到無影照明的同源光柱。但其缺點之一是鹵素?zé)粝碾娔芎彤a(chǎn)生較大的熱能。目前，鹵素?zé)魺襞菔褂冕t(yī)用米泡，采用的是針插件，接觸電阻大、產(chǎn)熱增多，由于鹵素?zé)艄β蚀?、電壓低，電流大，令其使用壽命短、故障多。LED燈消耗電能小，產(chǎn)生熱能極少，光源質(zhì)量可控性好，使用壽命長[1-4]。

2 LED手術(shù)無影燈的特點

LED手術(shù)無影燈其特點為節(jié)能環(huán)保、產(chǎn)熱極低、使用壽命長和故障率極少。其缺點為聚光較差、缺乏應(yīng)急性。若將LED作為光源、采用整體反射結(jié)構(gòu)設(shè)計一套整體反射手術(shù)無影燈光源系統(tǒng)，則能夠發(fā)揮整體反射手術(shù)無影燈的優(yōu)勢，克服其缺點，繼續(xù)保持LED的長處，并且可使手術(shù)無影燈耗電量明顯下降，能為采用電池供電提供基礎(chǔ)[5-7]。

3 手術(shù)無影燈控制系統(tǒng)綜合分析

目前，手術(shù)無影燈的應(yīng)急能力是指手術(shù)無影燈的在用燈泡出現(xiàn)故障時，在短時間內(nèi)自動啟動備用燈泡，但若出現(xiàn)電源故障則無法進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因此，在使用帶充電電池為后備電源則可實現(xiàn)供電與備用電源互換，即交直流轉(zhuǎn)換，在只有電源和光源時即可應(yīng)急工作，增加手術(shù)無影燈的應(yīng)急性。

整體反射光源的唯一要求是必須有足夠強亮度的點(柱)光源。采用LED作為光源，其每個LED燈的亮度小，需要較多的光源集合在一起共同組成目前臨床上廣泛使用的LED多頭燈手術(shù)無影燈。隨著LED技術(shù)的發(fā)展，大功率、超亮度的LED燈的研發(fā)、生產(chǎn)，柱式LED燈投放市場，為LED作為整體反射的光源提供保證。柱式LED燈又稱LED玉米燈，是LED燈具的一種，因其最大發(fā)光角度為120o，為使其發(fā)光均勻特設(shè)計為360o發(fā)光角度，其形狀如同玉米棒，特稱為LED玉米燈。LED燈被稱為第4代照明光源或綠色光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長及體積小等特點。LED燈為直流驅(qū)動，超低功耗(單管0.03～0.06 W)電光功率轉(zhuǎn)換接近100%，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上。LED光源為固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，燈體內(nèi)無松動部分，使用壽命可達(dá)6～10萬小時，比傳統(tǒng)光源壽命長10倍以上。LED燈耐沖擊，抗雷力強，無紫外線和紅外線輻射；無燈絲及玻璃外殼，對人體無傷害、無輻射；在低電壓下工作，安全可靠；其表面溫度≤60 ℃，柱式LED燈是非常理想的整體反射手術(shù)無影燈的光源。LED無影燈為純直流電供電無頻閃，不易使眼睛產(chǎn)生疲勞感，亦不會對工作區(qū)其他設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾。

4 整體反射手術(shù)無影燈光源系統(tǒng)設(shè)計思路

整體反射手術(shù)無影燈光源系統(tǒng)一般由電源、主燈、副燈、顯示面板、調(diào)節(jié)面板、燈泡檢測電路和燈泡轉(zhuǎn)換電路組成。燈泡轉(zhuǎn)換電路簡單的一種只是單獨轉(zhuǎn)換主、副燈的供電，主、副燈無位移；復(fù)雜的一種不單轉(zhuǎn)換主、副燈的供電，并由轉(zhuǎn)盤電機工作，將主、副燈位置互調(diào)。整體反射手術(shù)無影燈的構(gòu)造和控制電路較為完善，因此整體反射LED手術(shù)無影燈的光源系統(tǒng)可參考其基本結(jié)構(gòu)，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行必要的增改。整體反射LED手術(shù)無影燈的光源系統(tǒng)增加了備用電源和供電與備用電源互換電路，也稱為交直流轉(zhuǎn)換電路。備用電源可采用充電電池，燈泡轉(zhuǎn)換電路必需采用轉(zhuǎn)盤電機控制位移。整體反射LED手術(shù)無影燈光源系統(tǒng)由電源、主燈和副燈(柱式LED燈)、顯示面板、調(diào)節(jié)面板、燈檢測電路、主、副燈轉(zhuǎn)換電路、充電電路、供電與備用電源轉(zhuǎn)換電路和應(yīng)急(開關(guān))電路組成。

整體反射LED手術(shù)無影燈的光源系統(tǒng)可在符合手術(shù)照度的情況下，實現(xiàn)同源共柱、節(jié)能環(huán)保、產(chǎn)熱少、壽命長、故障率小、應(yīng)急能力強、對外界干擾弱以及能在最基本條件(LED、電池)下工作。整體反射LED手術(shù)無影燈的光源系統(tǒng)的特點為采用單獨的柱式LED作為光源，其應(yīng)急能力有3種：①主、副燈轉(zhuǎn)換；②交流、直流電互換；③直流電直接供給。

5 整體反射手術(shù)無影燈光源系統(tǒng)

5.1 電路組成方案

手術(shù)無影燈供電電壓為24 V，與LED供電電壓為12 V、24 V相一致。整體反射LED手術(shù)無影燈光源系統(tǒng)由電源、控制板、主燈、副燈、顯示面板、控制面板、充電電池、主、副燈轉(zhuǎn)換電路及應(yīng)急(開關(guān))電路組成。

根據(jù)手術(shù)無影燈的有關(guān)規(guī)定和要求電源為恒流隔離電源。將220 V的交流電經(jīng)降壓、整流轉(zhuǎn)換為24 V直流電，供給柱式LED燈和充電電池使用，保證LED燈的電源可靠供給，根據(jù)轉(zhuǎn)盤電機、控制板及指示燈等需要提供所需電壓[8]。

5.2 控制板各部分組成及功能

控制板內(nèi)含主、副燈檢測電路、交流、直流轉(zhuǎn)換電路、充電電池管理電路及輸入、輸出電路，其主要功能如下。

(1)主、副燈檢測電路檢測主、副燈的性能，確定調(diào)整工作燈，并由輸出電路給顯示面板有關(guān)信號確定主、副燈性能及工作狀態(tài)，及時跟蹤檢測在用工作燈的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題立即啟動燈轉(zhuǎn)換電路，啟用備用燈泡，即轉(zhuǎn)盤電機工作轉(zhuǎn)動LED位置，轉(zhuǎn)換LED燈主、副燈之間的供電，主燈斷電、副燈得電而工作。

(2)交流、直流轉(zhuǎn)換電路檢測供電電源是否正常，在供電電源正常的情況下，由供電電源提供供電，若異?；驘o供電隨即轉(zhuǎn)為備用電池供電，保證LED燈工作。當(dāng)供電電源恢復(fù)正常，則仍轉(zhuǎn)為供電電源供電。

(3)充電電池管理電路自動控制對充電電池的充電，檢測充電電池的電量狀態(tài)進(jìn)行不同的充電方案，電量較滿采用涓流充電方式保持電池電量；電量中間狀態(tài)時采用涓流充電方式，緩慢蓄滿電池電量或快速充電方式，快速補充電池電量；電量不足狀態(tài)時先采用涓流方式，緩慢提升電池的電壓至安全水平后采用快速充電方式，快速補充電池電量[9-10]。

(4)輸入、輸出電路管理輸入信號和輸出信號。主燈和副燈可互換角色，處在工作狀態(tài)的為主燈，處在備用位置的為副燈。柱式LED燈光源由二路并聯(lián)供電，一路即主供電路，由控制板控制提供，另一路為應(yīng)急電路，由應(yīng)急(開關(guān))電路控制，24 V充電電池直接供給。柱式LED燈采用新的配光技術(shù)使每個單獨LED的點光源擴(kuò)展為面光源，增大發(fā)光面，消除眩光和視覺疲勞。透鏡與燈罩一體化設(shè)計具備聚光與防護(hù)作用，避免了光的重復(fù)浪費。大功率LED平面集群封裝及散熱器與燈座一體化設(shè)計，充分保障了LED散熱要求及使用壽命，使燈座處成為光隔斷面，阻隔光從燈座向下傳導(dǎo)。由于電源本身就是恒流隔離電源，柱式LED燈內(nèi)不必再增設(shè)恒流隔離電源，減少零部件，從而可使柱式LED燈體積減小。采用超高亮大功率LED光源，其相同功率下亮度是白熾燈的10倍，能耗、產(chǎn)熱和成本均減少。

(5)顯示面板的顯示功能：①顯示交流或直流供電狀況，當(dāng)交流電輸入正常時交流電指示燈亮，直流電指示燈滅，交流電輸入異常或無交流電輸入時交流電指示燈滅，直流電指示燈亮；②顯示充電信號指示，充電時充電指示燈亮，且隨充電電流的大小，閃動有快慢變化；③顯示主、副燈性能和工作狀態(tài)，工作時對應(yīng)指示燈得電工作(發(fā)亮)，主、副燈能正常工作時相對應(yīng)的指示燈為藍(lán)色，出現(xiàn)故障時則為紅色，應(yīng)對其進(jìn)行檢查或更換；④顯示指示工作燈所調(diào)節(jié)的亮度，當(dāng)燈亮度由暗至亮?xí)r亮度指示燈由少至多，逐步增加；亮度由亮至暗時，亮度指示燈由多至少，逐步減少。

(6)控制面板主要有光源的啟動鍵和停止鍵、光源調(diào)節(jié)鍵。啟動鍵啟動LED燈的工作；停止鍵熄滅LED燈；光源調(diào)節(jié)鍵調(diào)節(jié)LED燈的亮度。充電電池為24 V備用電源，可為控制板和LED燈提供應(yīng)急電源。

主、副燈轉(zhuǎn)換電路：當(dāng)主燈因故不能正常工作時控制板輸出信號，轉(zhuǎn)盤電機受控制板控制調(diào)整LED燈的工作和等待位置，原副燈取代原主燈的位置，成為新的主燈；應(yīng)急(開關(guān))電路連接充電電池與LED燈，打開應(yīng)急開關(guān)可使充電電池直接供給LED燈24 V的電源，此時LED燈不能進(jìn)行調(diào)光，但可確保無影燈正常照明。

應(yīng)急(開關(guān))電路是在控制板出現(xiàn)故障時，人工控制將24 V充電電池與24 V柱式LED燈直接連接，使充電電池可直接供電于柱式LEC燈，保證在控制板故障時仍舊能使LED燈工作。

6 整體反射LED手術(shù)無影燈光源系統(tǒng)的應(yīng)用

整體反射LED手術(shù)無影燈的電源和充電電池可安裝在無影燈頂部或天花板上；顯示、調(diào)節(jié)面板和控制板可組合放置在無影燈的燈盤中；柱式LED燈和燈座及燈轉(zhuǎn)盤電機組合在燈座盤上，通過插件與燈盤連接并用螺栓固定。

當(dāng)電源開關(guān)閉合，電源接通得電后控制板開始工作。①檢測主、副燈性能，主、副燈指示燈為藍(lán)色(正常)、紅色(異常)；②檢測充電電池電量，并根據(jù)電池電量確定充電方式；③當(dāng)調(diào)節(jié)面板中燈電源開關(guān)(啟動鍵)觸發(fā)后，控制板給LED燈輸出電源，得電發(fā)亮。④若在使用中主燈突然出現(xiàn)故障，控制板立即啟動燈轉(zhuǎn)換電路，燈轉(zhuǎn)盤電機得電，轉(zhuǎn)動燈座盤，主、副燈座位置及供電互換，主燈離位、斷電，副燈到位得電；⑤在正常使用過程中，檢測供電電源，若有故障立即啟動備用電源的充電電池，切斷供電電源電路，改為充電電池供電，若供電電源恢復(fù)正常則使用供電電源，并根據(jù)充電電池電量作出不同形式的充電方法；⑥根據(jù)調(diào)節(jié)面板亮度調(diào)節(jié)鍵的調(diào)節(jié)改變燈電壓(電流)輸出的實際值，并隨著調(diào)節(jié)顯示其亮度；⑦觸發(fā)停止鍵，LED熄滅；⑧控制板等出現(xiàn)故障時，人工打開應(yīng)急開關(guān)，充電電池直接供給LED電源，LED得電發(fā)亮。

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