LED節(jié)能燈的優(yōu)勢和設(shè)計(jì)的構(gòu)想

林桂文

（柳州市第二職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣西 柳州 545000）

1 LED介紹

1.1 LED發(fā)光原理和發(fā)展歷史

LED無論在結(jié)構(gòu)上還是在發(fā)光原理上，都與傳統(tǒng)的白熾燈有著本質(zhì)的不同。被用于照明的發(fā)光二極管主要是發(fā)出白光的二極管，由紅、黃、藍(lán)三種光“混合”后產(chǎn)生。二極管是電子線路中的常用元件，它由半導(dǎo)體PN結(jié)，加上電極引線和管殼制成，二極管具有單向?qū)щ娦浴０l(fā)光二極管通常用砷化鎵、磷化鎵、氮化鎵等半導(dǎo)體材料制成，它在通過正向電流時(shí)會發(fā)光。

產(chǎn)業(yè)照明技術(shù)在IT及BIO革命中起著舉足輕重的作用，LED是21世紀(jì)的新光，其應(yīng)用及研究并迅速發(fā)展，韓國及東亞的LED技術(shù)領(lǐng)先于世界市場（占世界市場的70%） ，LED技術(shù)的巨大浪潮將是人類照明史的第二次革命，在未來五年，LED技術(shù)將邁向白熱燈，日光燈，鹵素?zé)舻奶娲匚弧?010年LED燈將占世界照明市場的16%。廣東LED路燈地方標(biāo)準(zhǔn)的出臺，將進(jìn)一步促進(jìn)我國半導(dǎo)體照明標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，為地方的應(yīng)用示范工作發(fā)揮重要作用，當(dāng)前，在國家政策鼓勵(lì)和支持下，廣東正在通過開展“十城萬盞”、“千里十萬”等LED照明應(yīng)用工程。

圖1 發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)

1.2 LED發(fā)光二極管優(yōu)勢多

（1）環(huán)保燈具、無公害

傳統(tǒng)的燈中含有大量的水銀蒸汽，如果破碎水銀蒸汽對到大氣中有危害。但LED日光燈則不使用以上有害有毒的原理，對環(huán)境起到保護(hù)作用。LED日光燈公認(rèn)為目前綠色照明。

（2）高效率、發(fā)熱少

傳統(tǒng)燈熱能大，LED燈具把電能全都轉(zhuǎn)換為光能，不會造成能源的浪費(fèi)。

（3）清靜舒適、沒有噪音

LED燈具沒有噪音，對于使用精密電子儀器的場合為上佳之選，適合于圖書館，辦公室之類的場合。

（4）柔和光線、有利眼睛

傳統(tǒng)的日光燈會產(chǎn)生100～120次的頻閃。LED燈具是把交流電直接轉(zhuǎn)換為直流電，不會產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象，保護(hù)眼睛。

（5）不產(chǎn)生紫外線

LED燈具不會產(chǎn)生紫外線，因此不會象傳統(tǒng)的燈具那樣，有很多蚊蟲圍繞在燈源旁。室內(nèi)會變得更加干凈衛(wèi)生整潔。

（6）電壓可調(diào)范圍大

傳統(tǒng)的日光燈是通過整流器釋放的高電壓來點(diǎn)亮的，當(dāng)電壓降低時(shí)則無法點(diǎn)亮。而LED燈具在一定范圍的電壓之內(nèi)都能點(diǎn)亮，還能調(diào)整光亮度。

（7）省能源、長壽命

LED日光燈的耗電量不到日光燈的三分之一，壽命比日光燈長10倍，可以長期使用而無需更換，減少人工費(fèi)用，更適合于難于更換的場合。

（8）固牢可靠、使用年限長

LED燈體是環(huán)氧樹脂制作，更堅(jiān)固牢靠，不會輕易損壞，比較放心使用。

2 LED節(jié)能照明電路設(shè)計(jì)

2.1 LED照明電路結(jié)構(gòu)

該電路結(jié)構(gòu)簡單，由30～40個(gè)LED燈串聯(lián)組成，也可以增加更多的LED燈串聯(lián)組成，亮度增加了，同時(shí)成本也會增加。

圖2 電路原理圖

圖2是LED燈矩的實(shí)用電路圖,使用220V電源供電，220V交流電經(jīng)降壓電容降壓后經(jīng)全橋整流再通過濾波后經(jīng)限流電阻R3給串聯(lián)的40顆LED提供恒流電源。LED的額定電流為18mA上下，所以拋開傳統(tǒng)的燈杯安裝形式，采用杯矩的形式，方便熱量的散出。

2.2 LED節(jié)能燈元器件的選擇及作用

（1）LED要選用高亮度的白光二極管，電壓3.0～3.6v電流18mA上下。一般的LED的腳都很長的，為了方便焊接先用尖嘴鉗或斜口鉗預(yù)剪腳留有 2～3mm的引腳就可以了。以40顆LED為例，每顆燈的電壓為3V，總電壓為120V。

（2）R1是保護(hù)電阻，在電源進(jìn)線中串聯(lián)一個(gè)300Ω2W～5W的電阻，一來保護(hù)電路(若萬一電路中有未查出的短路故障，有了電阻可避免故障擴(kuò)大)，二來可測量電阻上的電壓以算出電路消耗的電流和功率。

（3）C1起到電容降壓的作用，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，R2是電容C1的卸放電阻。在設(shè)計(jì)時(shí)降壓電容要采用耐壓在400V以上的滌綸電容或CBB電容。

（4）R3是限流電阻，防止電壓升高和溫度升高LED的電流增大，根據(jù)燈的數(shù)量，應(yīng)選擇在5K左右。C2是濾波電容，開燈的瞬間因?yàn)镃1的存在會有一個(gè)很大的充電電流，該電流將會對LED產(chǎn)生損傷,有了C2的介入，開燈的充電電流完全被 C2吸收起到了開燈防沖擊保護(hù)，濾波電容要用耐壓250v以上。

2.3 LED節(jié)能原理和維修方便

LED耗電計(jì)較小。以30支5mm的LED燈測試，一個(gè)小時(shí)耗電約3W，大約是25W白熾燈的十分之一，但亮度比白熾燈亮、壽命長。以LED燈每天點(diǎn)亮24小時(shí)算，可使用10年。

整個(gè)電路滿足恒流源，電源功耗和體積小，維修方便，如果電路中LED燈有短路現(xiàn)象，不會影響電路的照明，電路可以正常工作；如果LED燈是有開路，將其短路，電路照常可以使用。

2.4 LED節(jié)能燈電路的安裝及注意事項(xiàng)

（1）LED安裝和焊接

電路板安裝時(shí)要檢查是否有瑕疵，將電路板安裝面朝上，注意長腳是正極，短腳是負(fù)極，草帽型的帽沿有平面的是負(fù)極圓的一面的是正極，切勿裝反因?yàn)長ED是單向?qū)щ娦远穗娐凡捎玫氖谴?lián)電路，有一只裝反整組燈就不會亮。

裝好了LED后將電路板焊接面朝上就可以進(jìn)行焊接了，焊接要用30W的烙鐵并接地線，焊接溫度控制在230℃內(nèi)，時(shí)間在2秒內(nèi)。焊好后再用指甲剪修掉長出的引腳，完成燈板的組裝。

圖3 LED節(jié)能燈外型結(jié)構(gòu)

（2）供電安裝

組裝供電電路，供電的焊接更加簡單焊接成功如圖4，因?yàn)闊艟乩锟臻g有限，元件要做一下整理以減少體積方便安裝。

圖4 供電電路

（3）供電和燈板測試

圖5

電源的測試，使輸出電壓在220V左右的直流電。在測試燈板的過程中，按要求選出阻值大致相同的電阻串入電路，并且將電流表串入電路，測試電流為18mA上下,可以滿足要求，并注意在給電源做好絕緣。

（4）靜電注意事項(xiàng)

靜電很容易對LED造成損害，輕則光照度下降，重則造成LED短路，所以在接觸LED時(shí)一定要佩帶防靜電手環(huán)，使用的電烙鐵要防靜電，烙鐵一定要有接地線，最好使用防靜電臺墊。

3 結(jié)論

綜上所述，LED具有節(jié)能、高效、長壽命、綠色環(huán)保、無輻射等顯著特點(diǎn)，并且 LED節(jié)能燈安裝簡單，方便。LED光源是21世紀(jì)光源市場的希望，眾多優(yōu)點(diǎn)預(yù)告其未來將逐步取代傳統(tǒng)光源，奧科委指出高亮度LED將是人類繼愛迪生發(fā)明白熾燈泡之后，最偉大的發(fā)明之一，當(dāng)前全球能源危機(jī)的時(shí)候，能源是一種寶貴的資源，所以節(jié)約能源是未來面臨的問題。

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。LED作為一種新型的節(jié)能、環(huán)保的綠色光源產(chǎn)品，必然是未來發(fā)展的趨勢。

[1]陳傳虞.電子節(jié)能燈與電子鎮(zhèn)流器的原理和制造[M].人民郵電出版社,2004:127.

[2]郭勇.節(jié)能燈PCB設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2006:72.

[3]楊清德,楊蘭云. LED節(jié)能燈的檢測要點(diǎn)[M].電子工業(yè)出版社,2008:86.

[4]王振紅,張斯偉.電子節(jié)能燈電路原理圖設(shè)計(jì)[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2008:53.

[5]毛學(xué)軍.LED應(yīng)用技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社,2010:68-72.