电子节能灯设计

1引言众所周知白炽灯是爱迪生的重要发明这个重要的发明使人类从此告别了黑暗迎来了光明。但是白炽灯太耗电了它大概只有不到十分之一的能量才变成了光能其它都是热能白白的被浪费掉了。所以人们都在想办法要用新的光源来替代白炽灯。节能灯就应运而生了。由于它相比而言便宜又好制作所以就得到了大量的应用有逐步取代白炽灯的趋势。节能灯的两极是普通的钨丝。钨丝通电发热后就能发射出电子。在灯管两侧加上比较高的电压形成电场这些电子就会在灯管里被加速形成有一定速度和能量的电子流。灯管是被抽成真空的，里面充有汞，就是我们称为的水银。在灯管通电发热的情况下这些水银从液态蒸发就变成了气态。形成游离状态的汞原子。电子流中的电子以一定速度打在汞原子上使汞原子受到激发变成激发状态的电离子。称为发生了阶跃，激发状态的汞过了很短的时间就自发地回落到原来的状态同时释放出紫外线光，紫外线光不能用来照明。于是我们在灯管的内壁涂了一些荧光物质在紫外线光的轰击下荧光物质受到激发以后就能发出比较自然的光线可用于我们照明。由于汞的沸点很低，在常温下即可蒸发，废弃的荧光灯管破碎后，立即向周围散发汞蒸气，瞬时可使周围空气中的汞浓度达到每立方米10～20毫克，国家规定的汞在空气中的最高允许浓度为每立方米0.01毫克。它还可以随着空气而流动。一旦进入人体的汞超过某一2阈值，就会破坏人的中枢神经系统，造成对身体的极大危害。汞进入人体后很难被排除。其实含汞照明灯在使用过程中一般没有什么污染，污染主要是报废后电光源被随意丢弃，破裂造成汞扩散到空气中，危害人体健康，污染环境。由于回收困难和回收价值太低，加之它还有许多的其它弊病，所以唯一的办法就是淘汰它。于是，便有了新的节能灯-电子节能灯。3摘要本论文阐述了对电子节能灯既LED节能灯的基本结构、一般分类、发光原理、简单的设计与制作、实际应用、以及未来的发展前景。我们运用了简单的发光二极管来作为光源，将市电转化后得到恒流稳压电源直接使二极管发光，达到节能的目的。关键词:节能灯发光二极管电容电阻整流桥AbstractInthispaper,theelectronicenergy-savinglampsforenergy-savingLEDlightsnotonlythebasicstructure,thegeneralclassification,light-emittingprinciple,designandproductionofsimple,practicalapplications,aswellasprospectsforfuturedevelopment.Weuseasimplelight-emittingdiodesasalightsource,theCityhasbeentransformeddirectcurrentpowersupplysothatlight-emittingdiodestoachievethepurposeofenergyconservation.Keywords:Energy-savinglampLight-emittingdiodesCapacitanceResistanceBridgerectifier4目录第一章电子节能灯简介...............................................51．1LED的发光原理..............................................51．2LED光源的基本特征..........................................61．3LED灯的分类................................................71．4LED节能灯的优点............................................91．5白光LED开发..............................................111.6LED的实际应用.............................................12第二章LED节能灯的设计............................................132．1设计思路..................................................132．2所需元器件及功能..........................................142．3电路工作原理..............................................162．4降压电容驱动电路原理......................................182．5整流电路..................................................202.6注意事项..................................................212．6．1发光二极管..........................................212．6．2滤波电容............................................212．6．3白光LED的特性参数..................................23第三章简单制作节能灯..............................................271．1所需材料...................................................271．2制作原理图.................................................271．3制作流程...................................................271．4检测与调试.................................................28总结...............................................................29谢辞...............................................................30参考文献...........................................................315第一章电子节能灯简介电子节能灯又叫LED节能灯，LED是英文lightemittingdiode（发光二极管）的缩写，是一种能够将电能转化为可见光的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。随着发光材料的开发和半导体制作工艺的改进白光LED的发展迅速它已经趋向取代传统的照明白光LED的光效已经由以前的20lm/w上升到了45lm/w.由于白光LED具有的长寿命、无污染、低功耗的未来LED还将逐步替代荧光灯、白炽灯成为下一代绿色照明光源.来LED还将逐步替代荧光灯、白炽灯源。随着LED产业的技术进步、成本的进一步降低，以及人们对环保、安全、节能等要求的不断提高，LED在特种领域的应用规模将不断扩大，在人们的工作生活中扮演越来越重要的角色。1．1LED的发光原理发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。6PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。1．2LED光源的基本特征1、发光效率高白炽灯、卤钨灯光效为12-24流明／瓦，荧光灯50～70流明／瓦，钠灯90～140流明／瓦，大部分的耗电变成热量损耗。LED光效经改良后将达到达50～200流明／瓦，而且其光的单色性好、光谱窄，无需过滤可直接发出有色可见光。目前，世界各国均加紧提高LED光效方面的研究，在不远的将来其发光效率将有更大的提高。2、耗电量少LED单管功率0.03～0.06瓦，采用直流驱动，单管驱动电压1.5～3.5伏，电流15～18毫安，反应速度快，可在高频操作。同样照明效果的情况下，耗电量是白炽灯泡的八分之一，荧光灯管的二分之一、日本估计，如采用光效比荧光灯还要高两倍的LED替代日本一半的白炽灯和荧光灯。每年可节约相当于60亿升原油。就桥梁护栏灯例，同样效果的一支日光灯40多瓦，而采用LED每支的功率只有8瓦，而且可以七彩变化。3、使用寿命长7采用电子光场辐射发光，灯丝发光易烧、热沉积、光衰减等缺点。而采用LED灯体积小、重量轻，环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击和震动，不易破碎。平均寿命达10万小时。LED灯具使用寿命可达5～10年，可以大大降低灯具的维护费用，避免经常换灯之苦。4、安全可靠性强发热量低，无热辐射，冷光源，可以安全抵摸：能精确控制光型及发光角度，光色柔和，无眩光；不含汞、钠元素等可能危害健康的物质。内置微处理系统可以控制发光强度，调整发光方式，实现光与艺术结合。5、有利于环保LED为全固体发光体，耐震、耐冲击不易破碎，废弃物可回收，没有污染。光源体积小，可以随意组合，易开发成轻便薄短小型照明产品，也便于安装和维护。1．3LED灯的分类1．LED灯按发光管发光颜色分类按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。82．LED灯按发光管出光面特征分类按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。国外通常把φ3mm的发光二极管记作T-1；把φ5mm的记作T-1（3/4）；把φ4.4mm的记作T-1（1/4）。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类：（1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。（2）标准型。通常作指示灯用，其半值角为20°～45°。（3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为45°～90°或更大，散射剂的量较大。3．按发光二极管的结构分类按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。4．按发光强度和工作电流分类按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度100mcd）；把发光强度在10～100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。91．4LED节能灯的优点1、节能，白光LED的能耗仅为白炽灯的1/10，节能灯的1/4。2、长寿，寿命可达10万小时以上,对普通家庭照明可谓一劳永逸。3、可以工作在高速状态.节能灯如果频繁的启动或关断灯丝就会发黑很快的坏