自己動(dòng)手組裝LED照明燈

在電能源的使用中，照明用電占據了相當大的比例，我們現在常用的日光燈、節能燈等燈具，較之早先的普通白熾燈，在發(fā)光效率上有了很大提高，得到了廣泛的應用。隨著(zhù)制造工藝水平的不斷提高，LED（發(fā)光二極管）也被廣泛用于各種照明領(lǐng)域。

　　LED 具有更高的發(fā)光效率，更低的耗電量，使用壽命也更長(cháng)，在城市亮燈工程和家居照明當中起到了非常好的效果。在當前能源緊缺的環(huán)境下，LED 節能技術(shù)將成為一項很重要的發(fā)展方向。我們國家已經(jīng)啟動(dòng)了半導體照明工程，將其作為新一代的綠色照明光源進(jìn)行開(kāi)發(fā)和推廣。

　　一、LDE照明優(yōu)點(diǎn)

　　1.發(fā)光效率高

　　LED經(jīng)過(guò)幾十年的技術(shù)改良，其發(fā)光效率有了較大的提升。白熾燈、鹵鎢燈光效為12~24流明/ 瓦，熒光燈50~70流明/瓦，鈉燈90~140流明/瓦，大部分的耗電變成熱量損耗。LED光效經(jīng)改良后將達到達50~200流明/瓦，而且其光的單色 性好、光譜窄，無(wú)需過(guò)濾可直接發(fā)出有色可見(jiàn)光。目前，世界各國都在提高LED光效方面進(jìn)行研究，在自己動(dòng)手組裝LED照明燈不遠的將來(lái)其發(fā)光效率還將有更 大的提高。

　　2.耗電量少

　　LED 采用直流驅動(dòng)，單管驅動(dòng)電壓1.5~3.5V,電流10~18mA,反應速度快，可工作在較高頻率。

　　同樣照明效果的情況下，耗電量約是白熾燈泡的十分之一，約是熒光燈管的三分之一。以橋梁護欄燈為例，同樣效果的一支日光燈含鎮流器損耗其耗電要40 多瓦，而采用LED 每支的功率只有10~15W,無(wú)需鎮流器，而且可以七彩變化。

　　3.使用壽命長(cháng)

　　采用電子光 場(chǎng)輻射發(fā)光，燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰減等缺點(diǎn)。而采用LED 燈體積小、重量輕，環(huán)氧樹(shù)脂封裝，可承受高強度機械沖擊和震動(dòng)，不易破碎。LED 平均壽命達10 萬(wàn)小時(shí)。用于照明的普通白光LED 有效使用壽命也在2 萬(wàn)小時(shí)以上，號稱(chēng)零光衰的專(zhuān)用照明LED 則壽命更長(cháng)。 LED 燈具使用壽命可達5~10 年，可以大大降低燈具的維護費用，避免經(jīng)常換燈之苦。

　　4.安全可靠性強

　　發(fā)熱量低，無(wú)熱輻射，冷光源，能控制光型及發(fā)光角度，光色柔和，無(wú)眩光；不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質(zhì)。

　　5.有利于環(huán)保

　　LED 為全固體發(fā)光體，耐震、耐沖擊不易破碎，廢棄物可回收，沒(méi)有污染。光源體積小，可以隨意組合，易開(kāi)發(fā)成輕便薄短小型照明產(chǎn)品，也便于安裝和維護。當然，節 能是我們考慮使用LED 光源的最主要原因，也許LED 光源要比傳統光源昂貴，但是用一年時(shí)間的節能收回光源的投資，從而獲得4~9 年中每年幾倍的節能凈收益期。

　　二、LED照明燈的制作

　　這里向大家介紹一款LED 照明燈的制作，我們首先大致了解一下白光LED 的特性。本款套件采用的是直徑5mm 的草帽頭白光LED,外形如圖1 所示。每只LED 額定電壓為3.0~3.2V,亮度為1400~1600mcd,額定工作電流20mA.當工作電流較小一些時(shí)，發(fā)光效率較高一些，溫升也越低，其有效的光 源壽命可在2 萬(wàn)小時(shí)以上。（因為隨使用時(shí)間增加，LED 會(huì )因為光衰而導致亮度逐漸降低，有效光源壽命是指LED 工作時(shí)能發(fā)出有效的、有利用價(jià)值的光的累計工作時(shí)間，超出這個(gè)時(shí)間，LED 雖然還能點(diǎn)亮，但亮度過(guò)低，從而失去實(shí)用價(jià)值。）而普通的節能燈的使用壽命也只有5000 小時(shí)左右，普通白熾燈泡的壽命只有1000小時(shí)左右，從更換燈泡的成本和所節約的電費來(lái)看，使用LED 照明燈還是非常劃算的。

圖1 草帽頭白光LED外形

　　成品LED 燈如圖2 所示。全燈實(shí)測功耗約為3.3W 左右。點(diǎn)亮后大致相當于40W 白熾燈的亮度，與7-9W 的節能燈亮度相當，連續點(diǎn)亮24 小時(shí)，耗電也不足0.08 度，具有顯著(zhù)的節能效果。燈底部采用與普通白熾燈一致的E27 規格螺紋口，便于安裝。采用磨砂燈罩，在保證較高透光率的同時(shí)，也使得直視LED 時(shí)不至于刺眼。本款LED 燈適合在書(shū)桌、床頭、廚房、衛生間、公共樓道等區域不太大的地方作為照明使用。

圖2 成品LED燈

　　電路原理圖如圖3 所示。220V 市電先經(jīng)過(guò)C1、R2 阻容降壓，其中R2 為泄放電阻，C1 為降壓電容，其耐壓為400V之后經(jīng)W1 整流橋輸出直流電，再經(jīng)R4 限流后，送給60 只串聯(lián)在一起的LED.因為阻容降壓接LED 的負載不是純電阻，而是近似穩壓管特性，按此原理圖參數選擇元件，流經(jīng)LED 的電流大約為13mA.C2 是濾波電容，可以防止開(kāi)燈瞬間時(shí)的大電流對LED 的沖擊。R1 是NTC 熱敏電阻，當電路出現意外狀況導致電流增大時(shí)，其阻值變大，促使電流降低，從而起保護作用。

圖3 電路原理圖

　LED 燈的主要零配件如圖4 所示。LED 共配有60+2 只，其中2 只是備件。焊裝LED 的圓形印板的元件面加涂了白色漆，可以增加反光效果。為方便用戶(hù)制作，套件出廠(chǎng)時(shí)已將螺紋口內部的220V引線(xiàn)通過(guò)專(zhuān)用工具壓接好，可以避免該引線(xiàn)脫落而引發(fā)意外。

圖4 LED 燈的主要零配件

　　下面開(kāi)始組裝，可先焊裝LED 燈板。LED 的長(cháng)引腳是正極，短引腳是負極。圓形印板上LED 符號帶有陰影的一端是負極。因為L(cháng)ED 是低壓低電流的高敏感的電子元件，白光LED 對靜電十分敏感，如被靜電損害，會(huì )顯示一些不良特性，如漏電電流增加，在測試時(shí)不亮或發(fā)光不正常，因此在焊接時(shí)一定要做好防靜電保護，操作者應佩帶防靜電手環(huán)，以防止靜電對LED 帶來(lái)的損害。要選用不漏電的30W 尖頭電烙鐵焊接，可以先焊好LED 的一個(gè)引腳觀(guān)察LED 的位置，如果不正可以融化焊錫時(shí)扶正，確認位置正確后再焊接另一個(gè)引腳。焊接要干脆果斷，焊接時(shí)間不能過(guò)長(cháng)，應控制在2 秒以?xún)?，否則LED有可能被焊壞。對照符號一一將LED 焊裝在圓形印板上，焊好的外觀(guān)如圖5 所示。

圖5 焊好的外觀(guān)

　　接下來(lái)焊接驅動(dòng)板，空板圖6 所示，對照原理圖的元件編號，將元件一一焊裝在驅動(dòng)板上，焊好的驅動(dòng)板如圖7 所示。

圖6 空板圖

圖7 焊好的驅動(dòng)板圖

　之后用導線(xiàn)將螺口、驅動(dòng)板、LED 燈板連接起來(lái)，將螺口的中間點(diǎn)引線(xiàn)與驅動(dòng)板的C1 相接，螺紋部分的引線(xiàn)與R1 相接。驅動(dòng)板輸出+和-分別與LED 燈板的+、-相接，注意：驅動(dòng)板的輸出引線(xiàn)要先穿過(guò)固定架，再與LED 燈板相接。

　　如圖8 所示。

圖8

　　將驅動(dòng)板裝入燈體內，用熱融膠槍將驅動(dòng)板的四角與燈體固定。沒(méi)有熱融膠槍的用戶(hù)，可以將套件內的膠塊用刀割成四小塊，用電烙鐵加熱膠塊固定驅動(dòng)板。然后將固定架裝入燈體，沿著(zhù)燈體內的槽旋轉固定架，使固定架的四翼正好進(jìn)入槽內。如圖9 所示。

圖9

　　用螺絲穿過(guò)LED 燈板的中間孔與固定架緊固，如圖10 所示。

圖10

　　最后將磨砂燈罩扣上，LED 就制成了。如圖11 所示。

圖11

　　將組裝好的LED 燈安裝在普通螺口燈座上，就可以享受既節能又環(huán)保的新型燈具帶來(lái)的不一樣的體驗了。

　　提示：帶有調光功能、聲控控制的，以及其他帶有可控硅控制的螺口燈座，不適合直接安裝本LED 燈。

元件清單表

　　三、關(guān)于LED的光衰

　　所謂光衰是指發(fā)光體經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用后，發(fā)光效率出現下降，亮度就沒(méi)有初始的時(shí)候高了，燈具標準是 按1000 小時(shí)計算光衰，也就是說(shuō)累計或持續工作1000 小時(shí)后發(fā)光效率下降的百分比，我們通常都很了解，家用的照明燈具在使用一段時(shí)間后都會(huì )出現光衰，節能燈，日光燈燈都會(huì )有光衰，通常我們使用的節能燈和日光 燈在使用一段時(shí)間后亮度都會(huì )比初始時(shí)低很多，一直到使用壽命的終結，亮度也是一直會(huì )直線(xiàn)下降，節能燈和日光燈將會(huì )越用越暗。按照節能燈的質(zhì)量標準規定，普 通節能燈在使用1000 小時(shí)后光衰要保持小于5%,也就是說(shuō)普通的節能燈在使用1000 小時(shí)后的亮度要能達到初始亮度的95% 以上。 所以節能燈的光衰是和節能燈的品質(zhì)密切相關(guān)的，經(jīng)過(guò)這么多年的節能燈使用歷史我相信大家都已經(jīng)發(fā)現，價(jià)格低廉的節能燈一般用到一年后就發(fā)現不怎么亮了，而 質(zhì)量好的品牌的節能燈甚至在用到三年五年后亮度還是沒(méi)什么變化。 這一點(diǎn)足以證明燈具的光衰完全體現在燈具的品質(zhì)上。

　　發(fā)光體之所以有光衰，是因為大部分發(fā)光體的材質(zhì)在經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間工作后產(chǎn)生老化而至，任何發(fā)光材質(zhì)在工 作時(shí)都需要有能量供給，能量最常用的是電能，我們使用的燈泡都無(wú)一例外的都是把電能轉化為熱能和光能，也就是說(shuō)任何發(fā)光元件都會(huì )產(chǎn)生熱量，所以發(fā)光元件在 長(cháng)期持續的高溫下材質(zhì)將出現老化，材質(zhì)的老化將直接影響了發(fā)光材質(zhì)的發(fā)光效率，我們通常會(huì )發(fā)現日光燈和節能燈的燈管使用時(shí)間長(cháng)了熒光粉會(huì )發(fā)黑，這就說(shuō)明熒 光粉在老化，老化越嚴重發(fā)光效率就越低，光衰就越大，所以要控制光衰的速度就要選擇品質(zhì)好的發(fā)光材質(zhì)和元件，還有電路設計時(shí)要盡量控制發(fā)光材質(zhì)的溫度，發(fā) 光材質(zhì)的溫度控制也將對降低光衰起到很明顯的作用。

　　LED 是一種固態(tài)的半導體器件，直接把電轉化為光。LED 的心臟是一個(gè)半導體的晶片，晶片的一端是負極，另一端連接電源的 正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。半導體晶片由三部分組成，一部分是P 型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N 型半導體，在這邊主要是電子，中間通常是1 至5 個(gè)周期的量子阱。當電流通過(guò)導線(xiàn)作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子和空穴就會(huì )被推向量子阱，在量子阱內電子跟空穴復合，然后就會(huì )以光子的形式發(fā)出能量，也就是發(fā) 出我們需要的光，晶片在工作時(shí)也會(huì )產(chǎn)生溫度，長(cháng)時(shí)間溫度的升高將會(huì )使晶片產(chǎn)生老化，晶片的老化就出現發(fā)出的能量下降，發(fā)光效率降低，這就使LED 出現了光衰。

　　LED 光衰的控制LED 產(chǎn)生光衰的原因很多，主要因素是晶片的老化，要解決光衰最重要的就是要控制LED 晶片老化的速度，第一當然LED 晶片的品質(zhì)很重要，還有就是解決晶片散熱的問(wèn)題的也很關(guān)鍵，總之解決LED 的光衰問(wèn)題的因素是多方面的，晶片的品質(zhì)和封裝的技術(shù)封裝材料的選擇等都很關(guān)鍵。

　　LED 的光衰與壽命LED 的特點(diǎn)是壽命長(cháng)，理論壽命能達到8 到10 萬(wàn)小時(shí)，當然就有人表示懷疑了，LED 真的能達到這么長(cháng)的壽命嗎，按照這樣的壽命計算LED 燈具真能用到幾十年不壞嗎？ 根據實(shí)驗室證明所謂的8 到10 萬(wàn)小時(shí)的壽命是要有前提條件的，LED 的晶片，使用的環(huán)境，使用的電流等都有直接的關(guān)系，這種壽命是指LED 從開(kāi)始使用到電氣性能完全喪失所需的時(shí)間，當然沒(méi)考慮到光衰的因素。 在照明應用中我們需要的是發(fā)光壽命，也就是說(shuō)有效光源壽命，有效光源壽命是指LED 工作時(shí)能發(fā)出有效的有利用價(jià)值的光的累計工作時(shí)間，LED 通常有效光源壽命能達到3~5 萬(wàn)小時(shí)就已經(jīng)不錯了。所以L(fǎng)ED 光衰的速度和LED 的壽命是成反比的，只有控制了光衰才真正達到了超長(cháng)的壽命。