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LED节能灯自制与工作原理与结构图

2017-05-26
类别:行业趋势
eye 773
文章创建人 拍明
       采用典型的交流电容降压恒流电路供电,这里的几款24LED节能灯套件,虽然功率因数低点只有3.3左右,但是非常适合电子爱好者或者学校开展劳技、兴趣小组、电子技能训练等活动,不但能锻炼并提高动手能力,而且还能强化解决实际问题的能力,同时还能获得一盏非常实用的LED节能灯。可以供老师下载打印后分给每个同学制作时进行参考。

产品1:自制24LED交流白色节能灯 成品 23元一个 实测耗电2.4W

产品2:自制24LED交流白色节能灯 全套散件 12元一套 清单如下:

125颗散光型白色高亮度LED

2、塑料外壳、罗口灯座、均光板各一块

3400V/0.33UF降压电容一个

4100V/4.7UF滤波电容一个

5、集成整流桥一个

61M 高压泄放电阻一个

7100欧姆限流保护电阻一个

8、电源板PCB一片

9LED灯板PCB一片

这是最近改版后的24白色LED交流节能灯的电路图,我们将24LED全部串连,这样灯的功耗能降低到2.4W左右更加节能,而且整个电路分成电源板和LED灯板两块,很好地降低制作难度。

首先可以焊接LED灯板部分,制作前先用绘图橡皮将LED的所有焊盘仔细擦磨一遍,这样可以清除PCB上的氧化层,确保焊接可靠!将白色LED按照PCB上标注的极性仔细插入PCB,注意:引脚长的那根脚插入PCB上标有“+”的孔中,千万不能插反!

焊接LED时请一定要选用不漏电的30W尖头电烙铁焊接,可以先焊好LED的一个引脚观察LED的位置,如果不正可以融化焊锡时扶正,确认位置正确后焊接 另一个引脚。焊接要干脆果断,焊接时间不能过长,应控制在2秒以内,否则LED有可能被焊坏!我们特地多提供了一颗LED,就是防止初学者意外损坏时可以 替换。

可以先焊接内圈的LED,再焊接外圈的LEDPCB的正面采用镀银工艺,可以有效地反射光线,提高亮度,焊接完成后请仔细检查是否有虚焊?是否有桥搭短路?LED是否在同一平面上?是否有多余的焊锡球散落在PCB?焊接完成后从LED灯板上的AB处用软导线引出,接下来我们可以焊接电源板。

>根据上图焊接整流桥和4.7UF/100V的滤波电容,注意:电解电容、整流桥是有极性的,一定要按照我们图片的方向进行焊接。(PCB正面白色的丝印V+ V-是错误的,请不要被误导)焊接完成后将电源板的AB两处焊盘用绝缘软导线焊接好LED灯板的AB两处焊盘

从电源板上标有交流入的两处焊盘处引出两根软线,一根和外壳焊接,另一根和中心电极焊接,焊接点如上图红色箭头位置。最后热溶胶分别固定罗口灯座、电源板、LED灯板和均光板,防止晃动和意外短路。

做好的LED灯不但很轻不容易摔坏,而且亮度相当于5W的节能灯还很漂亮哦!制作注意事项:请仔细多次核对后通电试验,注意人身安全,谨防触电!常见故障:因为这款灯的LED数量众多,很容易因为其中一个LED损坏或者LED管脚和PCB焊接不良造成全部不亮,所以制作成功的关键还是在焊接LED时务必认真仔细!排查的方法如下:用万用表直流250V电压档测量每个LED两端的电压,(测量时千万注意安全,此时整个电路板和交流市电没有隔离,触碰板上零件有触电危险!)如 果发现某个LED两端的电压异常大,说明开路点就在附近(LED装反、LED管芯开路、LED焊盘齐根处PCB短路、LED虚焊等等)最有效的办法就是 用直流电压试通电点亮LED测试,先彻底断开交流电源!然后如用10V左右的直流电压,4LED串连后通电测试,可以快速判断出故障。

最容易出现的错误:1LED引脚和PCB接触不良 2LED被插反极性 3LED焊接时间过长损坏 4、电阻或者其他元件接错。

产品3:自制12LED交流自动渐变彩色节能灯 成品 14元一个 实测耗电1.3W

产品4:自制12LED交流自动渐变彩色节能灯 全套散件11一个清单如下:

1、红色、蓝色、绿色高亮度LED4

2、塑料外壳、罗口灯座、均光板各一块

3400V/0.33UF降压电容一个

425V/47UF滤波电容一个

56.3V/1W稳压二极管一个

6730K高压泄放电阻一个

7100欧姆限流保护电阻一个

8、集成整流桥一个

982K(823)贴片电阻一个

10、控制电路板一片,上面帮定有控制LED的集成电路(圆形黑胶部分)

12LED 节日彩色节能灯是一种新型灯具,耗电非常省小于3W,能自动不断变化灯光颜色,红、蓝、绿三种颜色不断渐变,互相混合会产生奇异的灯光效果,是节日装饰、 生日聚会、西餐馆、咖啡厅、快餐店轻松浪漫气氛衬托的理想选择,并且被广泛用于城市灯光点缀、河岸亮化、建筑物轮廓勾勒的环境工程中,它的超低耗能非常迎 合当前社会提倡节能减排的环保理念。

对于希望DIY动手组装彩灯的客户只要仔细下面的制作过程就一定能成功!

先需要将不同颜色的发光管区分出来,不同颜色的LED工作特性是不同的,红色LED端电压在1.5V时能微亮,2V时较亮,蓝色和绿色LED端电压在 2.2V时微亮,2.5V时较亮,如果贸然用高电压去点亮LED极有可能烧毁,我们可以用3V直流电源(2节电池)串连一个100欧姆电阻(套件内的蓝色 电阻)逐个点亮LED,然后把三种颜色的LED分开放好。

一定要选用不漏电的30W尖头电烙铁焊接,注意焊接要干脆果断,焊接时间不能过长,控制在2秒以内,否则LED有可能被焊坏!焊接时必须注意LED的极 性,引脚长的那根插入PCB上标有+的孔中,千万不能插反!焊接技巧:先点焊一下一根LED的引脚,然后融化焊锡,将LED紧贴PCB并扶正,再焊接另一 根引脚,再剪掉多余的引脚。红色的四个LED必须焊接到板子的中间(我们按红色LED设计工作电流的)蓝色和绿色采用间隔的方式焊接在周围,见上图。

后焊接82K(823)贴片电阻,上图红色箭头位置,先焊接贴片电阻的一端,扶正位置后焊接另外一端,焊接完成后用数字万用表测量电阻应该在60K左右, 注意贴片电阻下面还有一根引线,可以测量一下是否有短路?现在我们可以进行一次测试,见上图,红线接56V直流电压,黑线接负极,这时LED彩灯应该能 正常工作了,这说明直流部分一切正常啦!

现在我们要焊接交流电容降压电源部分,注意上图中的稳压二极管、滤波电解电容和整流桥是有极性的,请仔细对照图片焊接不要搞错!!最后上图黑色引线接220V交流电即可工作了,接通交流电源时请注意人身安全。

将罗口灯座用热溶胶固定在外壳上,引出的两根导线一根和外壳焊接,另一根和中心电极焊接,焊接点如上图红色箭头位置。

产品560LED的交流白色节能灯 成品每个45元 实测耗电4.4W

灯头接口: 标准 E27螺纹接口

灯的颜色: 白色 散光型

工作电流: <60MA

工作电压: 220V交流

发光亮度: 超高亮,相当于15W节能灯亮度

发光角度: 110135

这是采用60个高亮度白色散光型LED制作的220V交流节能灯,直径76毫米高65毫米,比前面的24LED亮度提高很多,24LED的亮度一般适合如:走廊、小夜灯等低照度的场合,60LED可以适合如:卫生间、车库、储藏室、走廊等场合。

60 LEDRGB三路并联,每路20LED串连,通过典型的交流电容降压恒流电路供电,制作60LED灯的要点和24LED相同,一定要看清LED 的极性!焊接前先用绘图橡皮仔细擦磨一次LED的所有焊盘,可以清除PCB上的氧化层,确保焊接可靠!焊接LED的时间不能过长!

上图中显示的红色75V稳压二极管现在已经不用了,但是图中GND端需要将RGB三个焊点短路连接起来,它分别是三路LED的负端。

根据上图焊接整流桥和4.7UF/100V的滤波电容,极性不要搞错(PCB正面白色的丝印V+ V-是错误的,请不要被误导),仔细多次核对后通电试验,注意人身安全,谨防触电!本电路属于典型的电容降压恒流电路,所以在没接通负载(LED)时不 能通电!否则会损坏滤波电容等器件!焊接完成后必须用热溶胶等固定电路板和连线,防止短路和断线!

见故障:因为这款灯的LED数量众多,很容易因为其中一个LED损坏或者和PCB接触不良造成一路LED都不亮,如果三路LED中都有故障就会造成全部 LED都不亮,进而因为负载空载引起稳压管过载烧毁,所以制作成功的关键还是在焊接LED时务必认真仔细!如果一但出现一路LED不亮的故障,可以把这路 的LED都做上记号,然后顺着PCB走线几个LED一组加直流电测试点亮(如用10V的直流电,4LED串连后通电测试,测试时务必断开交流电源,注意 人身安全)最容易出现的错误:1LED引脚和PCB接触不良 2LED被插反极性 3LED焊接时间过长损坏 4、稳压管接反 5、电阻或者其他元件接错。

产品6:自制60LED材料清单如下:全套散件 29元一套

160颗暖白色高亮度散光型LED

2、塑料外壳、罗口灯座、灯板和电源板各一块

3400V/0.68UF降压电容一个

4100V/4.7UF滤波电容一个

5600V0.5A整流桥堆一只

6750K高压泄放电阻一个

7100欧姆限流保护电阻一个

产品638LED的直流12V聚光型白色节能灯 成品每个25

是采用38LED高亮度白色聚光型LED制作的直流12V节能灯,主要应用领域是车辆上如:转向警示灯、防追尾灯、频闪灯等领域,这种灯的优点是亮度 高,因为是点光源发光强度大,非常醒目,在道路上可以在很远就能发现,并且LED灯允许快速开关,所以非常适合做成频闪灯、闪烁灯等用途。特别是随着电动 车的普及,LED灯已经变成首选,甚至可以替代大灯,亮度比原车的要要醒目,并且非常省电,只有2W多。

灯头接口: 标准 E27螺纹接口 (千万不要直接接到220V交流电源上!)

灯的颜色: 白色 聚光型

工作电流: <20MA

工作电压: 12V

发光亮度: 超高亮

发光角度: 2535

产品738LED的直流12V散光型白色节能灯 成品每个25

是采用38LED高亮度白色散光型LED制作的直流12V节能灯,主要应用领域是太阳能照明、应急照明、道路施工警示、车用照明等场合,一般来说用于照 明等场合应该选用散光类型的,聚光型LED前面有透明聚酯形成聚光透镜,而散光型就没有,所以发光角度大光照均匀。LED灯最大的优点就是省电,尤其是对 于蓄电池系统来说非常重要。

灯头接口: 标准 E27螺纹接口(千万不要直接接到220V交流电源上!)

灯的颜色: 白色 散光型

工作电流: <20MA

工作电压: 12V

发光亮度: 超高亮

发光角度: 110135

关于白色LED灯使用效果的一些说明:

先白色LED灯并不是适合任何场合的,因为LED灯的整体亮度是没法和荧光灯比的,LED灯属于极小的点发光,通常还有聚光透镜,而荧光灯管是类似的面发 光,所以LED灯只能照亮前方一个特定的区域,如果要获得像荧光灯一样的大区域照明效果,就需要非常多的LED,从而使成本过高,无法普及推广。

次所谓的白色LED实际上都是蓝色LED再激发黄色荧光粉后混合成白色光线的,所以光谱要比自然光要窄很多,表现为显色性比较差,因此白色LED是不适合 用来看书写字的,我们的灯主要是用于走廊、卫生间、小夜灯等低照度照明场所应用,为了降低成本我们的24LED灯的LED没有经过严格分色,所以允许存在 一定的色差。

白色LED灯最 大的优点是省电,单个24LED灯开着都不足以让2(4)A或者更大安培的电度表转动,所以相当于免费使用,而且只要不是频繁开关,故障率极低。现在深圳 有一些专门的照明公司,免费为企业将普通灯泡更换成LED灯,然后承包企业的照明电费,从而回笼更换LED产生的费用,也获得很好的经济效益,值得推广。

LED发光机理:PN结的端电压构成一定势垒,当加正向偏置电压时势垒下降,P区和N区的多数载流子向对方扩散。由于电子迁移率比空穴迁移率大得多,所以会出现大量电子向P区扩散,构成对P区少数载流子的注入。这些电子与价带上的空穴复合,复合时得到的能量以光能的形式释放出去。这就是PN结发光的原理。

2LED发光效率:一般称为组件的外部量子效率,其为组件的内部量子效率与组件的取出效率的乘积。所谓组件的内部量子效率,其实就是组件本身的电光转换效率,主要与组件本身的特性(如组件材料的能带、缺陷、杂质)、组件 的垒晶组成及结构等相关。而组件的取出效率则指的是组件内部产生的光子,在经过组件本身的吸收、折射、反射后,实际在组件外部可测量到的光子数目。因此,关于取出效率的因素包括了组件材料本身的吸收、组件的几何结构、组件及封装材料的折射率差及组件结构的散射特性等。而组件的内部量子效率与组件的取出效率的乘积,就是整个组件的发光效果,也就是组件的外部量子效率。早期组件发展集中在提高其内部量子效率,主要方法是通过提高垒晶的质量及改变垒晶的结构,使电能不易转换成热能,进而间接提高LED的发光效率,从而可获得70%左右的理论内部量子效率,但是这样的内部量子效率几乎已经接近理论上的极限。在这样的状况下,光靠提高组件的内部量子效率是不可能提高组件的总光量的,因此提高组件的取出效率便成为重要的研究课题。目前的方法主要是:晶粒外型的改变——TIP结构,表面粗化技术。

3LED电气特性:电流控制型器件,负载特性类似PN结的UI曲线,正向导通电压的极小变化会引起正向电流的很大变化(指数级别),反向漏电流很小,有反向击穿电压。在实际使用中,应选择 。LED正向电压随温度升高而变小,具有负温度系数。LED消耗功率 ,一部分转化为光能,这是我们需要的。剩下的就转化为热能,使结温升高。散发的热量(功率)可表示为 。

4LED光学特性:LED提供的是半宽度很大的单色光,由于半导体的能隙随温度的上升而减小,因此它所发射的峰值波长随温度的上升而增长,即光谱红移,温度系数为+2~3A/ LED发光亮度L与正向电流 近似成比例: ,K为比例系数。电流增大,发光亮度也近似增大。另外发光亮度也与环境温度有关环境温度高时,复合效率下降,发光强度减小。

5LED热学特性:小电流下,LED温升不明显。若环境温度较高,LED的主波长就会红移,亮度会下降,发光均匀性、一致性变差。尤其点阵、大显示屏的温升对LED的可靠性、稳定性影响更为显著。所以散热设计很关键。

6LED寿命:LED的长时间工作会光衰引起老化,尤其对大功率LED来说,光衰问题更加严重。在衡量LED的寿命时,仅仅以灯的损坏来作为LED寿命的终点是远远不够的,应该以LED的光衰减百分比来规定LED的寿命,比如35%,这样更有意义。

LED节能灯自制与工作原理与结构图.jpg

7、大功率LED封装:主要考虑散热和出光。散热方面,用铜基热衬,再连接到铝基散热器上,晶粒与热衬之间以锡片焊作为连接,这种散热方式效果较好,性价比较高。出光方面,采用芯片倒装技术,并在底面和侧面增加反射面反射出浪费的光能,这样可以获得更多的有消出光。

8、白光LED:类自然光谱白光LED主要有三种:第一种是比较成熟且已商业化的蓝光芯片+黄色荧光粉来获得白光,这种白光成本最低,但是蓝光晶粒发光波长的偏移、强度的变化及荧光粉涂布厚度的改变均会影响白光的均匀度,而且光谱呈带状较窄,色彩不全,色温偏高,显色性偏低,灯光对眼睛不柔和不协调。人眼经过进化最适应的是太阳光,白炽灯的连续光谱是最好的,色温为2500K,显色指数为100。所以这种白光还需要改进,比如加多发光过程来改善光谱,使之连续且足够宽。第二种是紫外光或紫光芯片+红、蓝、绿三基色荧光粉来获得白光,发光原理类似于日光灯,该方法显色性更好,而且UV-LED不参与白光的配色,所以UV-LED波长与强度的波动对于配出的白光而言不会特别地敏感,并可由各色荧光粉的选择和配比,调制出可接受色温及演色性的白光。但同样存在所用荧光粉有效转化效率低,尤其是红色荧光粉的效率需要大幅度提高的问题。

这类荧光粉发光稳定性差、光衰较大、配合荧光粉紫外光波长的 选择、UV-LED制作的难度及抗UV封装材料的开发也是需要克服的困难。第三种是利用三基色原理将RGB三种超高亮度LED混合成白光,该方法的优点是不需经过荧光粉的转换而直接配出白光,除了可避免荧光粉转换的损失而得到较佳的发光效率外,更可以分开控制红、绿、蓝光LED的发光强度,达成全彩的变色效果(可变色温),并可由LED波长及强度的选择得到较佳的演色性。但这种办法的问题是绿光的转换效率低,混光困难,驱动电路设计复杂。另外,由于这三种光色都是热源,散热问题更是其它封装形式的3倍,增加了使用上的困难。 偏振LED和三波长全彩化的白光LED将是未来的发展方向。

LED电源电路大多是由开关电源电路+反馈电路这样的形式构成,反馈电路从负载处取样后对开关电路进行脉冲的占空比调整或频率调整,以达到控制开关电路输出的目的。

 


责任编辑:Davia

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标签: LED节能灯 LED

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