步步分解自制LED照明灯

　　比例，我们现在常用的日光灯、节能灯等灯具，较之早先的普通白炽灯，在发光效率上有了很大提高，得到了广泛的应用。随着制造工艺水平的不断提高，LED（发光二极管）也被广泛用于各种照明领域。

　　LED 具有更高的发光效率，更低的耗电量，使用寿命也更长，在城市亮灯工程和家居照明当中起到了非常好的效果。在当前能源紧缺的环境下，LED 节能技术将成为一项很重要的发展方向。我们国家已经启动了“半导体照明”工程，将其作为新一代的绿色照明光源进行开发和推广。

　　1  LED照明优点

　　1.1 发光效率高

　　LED经过几十年的技术改良，其发光效率有了较大的提升。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，世界各国都在提高LED光效方面进行研究，在不远的将来其发光效率还将有更大的提高。

　　1.2 耗电量少

　　LED 采用直流驱动，单管驱动电压1.5~3.5V，电流10~18mA，反应速度快，可工作在较高频率。

　　同样照明效果的情况下，耗电量约是白炽灯泡的十分之一，约是荧光灯管的三分之一。以桥梁护栏灯为例，同样效果的一支日光灯含镇流器损耗其耗电要40 多瓦，而采用LED 每支的功率只有10~15W，无需镇流器，而且可以七彩变化。

　　1.3 使用寿命长

　　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。LED 平均寿命达10 万小时。用于照明的普通白光LED 有效使用寿命也在2 万小时以上，号称零光衰的专用照明LED 则寿命更长。 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。

　　1.4 安全可靠性强

　　发热量低，无热辐射，冷光源，能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。

　　1.5 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。当然，节能是我们考虑使用LED 光源的最主要原因，也许LED 光源要比传统光源昂贵，但是用一年时间的节能收回光源的投资，从而获得4~9 年中每年几倍的节能净收益期。

　　2  LED照明灯的制作

　　这里向大家介绍一款LED 照明灯的制作，我们首先大致了解一下白光LED 的特性。本款套件采用的是直径5mm 的草帽头白光LED，外形如图1 所示。每只LED 额定电压为3.0~3.2V，亮度为1400~1600mcd，额定工作电流20mA。当工作电流较小一些时，发光效率较高一些，温升也越低，其有效的光源寿命可在2 万小时以上。（因为随使用时间增加，LED 会因为光衰而导致亮度逐渐降低，有效光源寿命是指LED 工作时能发出有效的、有利用价值的光的累计工作时间，超出这个时间，LED 虽然还能点亮，但亮度过低，从而失去实用价值。）而普通的节能灯的使用寿命也只有5000 小时左右，普通白炽灯泡的寿命只有1000小时左右，从更换灯泡的成本和所节约的电费来看，使用LED 照明灯还是非常划算的。

图1

　　成品LED 灯如图2 所示。全灯实测功耗约为3.3W 左右。点亮后大致相当于40W 白炽灯的亮度，与7-9W 的节能灯亮度相当，连续点亮24 小时，耗电也不足0.08 度，具有显着的节能效果。灯底部采用与普通白炽灯一致的E27 规格螺纹口，便于安装。采用磨砂灯罩，在保证较高透光率的同时，也使得直视LED 时不至于刺眼。本款LED 灯适合在书桌、床头、厨房、卫生间、公共楼道等区域不太大的地方作为照明使用。

图2

　　电路原理图如图3 所示。220V 市电先经过C1、R2 阻容降压，其中R2 为泄放电阻，C1 为降压电容，其耐压为400V。之后经W1 整流桥输出直流电，再经R4 限流后，送给60 只串联在一起的LED。因为阻容降压接LED 的负载不是纯电阻，而是近似稳压管特性，按此原理图参数选择元件，流经LED 的电流大约为13mA。C2 是滤波电容，可以防止开灯瞬间时的大电流对LED 的冲击。R1 是NTC 热敏电阻，当电路出现意外状况导致电流增大时，其阻值变大，促使电流降低，从而起保护作用。

图3

　　有60+2 只，其中2 只是备件。焊装LED 的圆形印板的元件面加涂了白色漆，可以增加反光效果。为方便用户制作，套件出厂时已将螺纹口内部的220V引线通过专用工具压接好，可以避免该引线脱落而引发意外。

图4

　　下面开始组装，可先焊装LED 灯板。LED 的长引脚是正极，短引脚是负极。圆形印板上LED 符号带有阴影的一端是负极。因为LED 是低压低电流的高敏感的电子元件，白光LED 对静电十分敏感，如被静电损害，会显示一些不良特性，如漏电电流增加，在测试时不亮或发光不正常，因此在焊接时一定要做好防静电保护，操作者应佩带防静电手环，以防止静电对LED 带来的损害。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，确认位置正确后再焊接另一个引脚。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。对照符号一一将LED 焊装在圆形印板上，焊好的外观如图5 所示。

图5

图6

　　接下来焊接驱动板，空板图6 所示，对照原理图的元件编号，将元件一一焊装在驱动板上，焊好的驱动板如图7 所示。

图7

　　之后用导线将螺口、驱动板、LED 灯板连接起来，将螺口的中间点引线与驱动板的C1 相接，螺纹部分的引线与R1 相接。驱动板输出“+”和“-”

　　分别与LED 灯板的“+”、“-”相接，注意：驱动板的输出引线要先穿过固定架，再与LED 灯板相接。

　　如图8 所示。

图8

　　将驱动板装入灯体内，用热融胶枪将驱动板的四角与灯体固定。没有热融胶枪的用户，可以将套件内的胶块用刀割成四小块，用电烙铁加热胶块固定驱动板。然后将固定架装入灯体，沿着灯体内的槽旋转固定架，使固定架的四翼正好进入槽内。如图9 所示。

图9

　　用螺丝穿过LED 灯板的中间孔与固定架紧固，如图10 所示。

　　最后将磨砂灯罩扣上，LED 就制成了。如图11 所示。

图10 图11

　　将组装好的LED 灯安装在普通螺口灯座上，就可以享受既节能又环保的新型灯具带来的不一样的体验了。

　　提示：带有调光功能、声控控制的，以及其他带有可控硅控制的螺口灯座，不适合直接安装本LED 灯。

元件清单表

　　3  关于LED的光衰

　　所谓光衰是指发光体经过一段时间使用后，发光效率出现下降，亮度就没有初始的时候高了，灯具标准是按1000 小时计算光衰，也就是说累计或持续工作1000 小时后发光效率下降的百分比，我们通常都很了解，家用的照明灯具在使用一段时间后都会出现光衰，节能灯，日光灯灯都会有光衰，通常我们使用的节能灯和日光灯在使用一段时间后亮度都会比初始时低很多，一直到使用寿命的终结，亮度也是一直会直线下降，节能灯和日光灯将会越用越暗。按照节能灯的质量标准规定，普通节能灯在使用1000 小时后光衰要保持小于5%，也就是说普通的节能灯在使用1000 小时后的亮度要能达到初始亮度的95% 以上。 所以节能灯的光衰是和节能灯的品质密切相关的，经过这么多年的节能灯使用历史我相信大家都已经发现，价格低廉的节能灯一般用到一年后就发现不怎么亮了，而质量好的品牌的节能灯甚至在用到三年五年后亮度还是没什么变化。 这一点足以证明灯具的光衰完全体现在灯具的品质上。

　　发光体之所以有光衰，是因为大部分发光体的材质在经过长时间工作后产生老化而至，任何发光材质在工作时都需要有能量供给，能量最常用的是电能，我们使用的灯泡都无一例外的都是把电能转化为热能和光能，也就是说任何发光元件都会产生热量，所以发光元件在长期持续的高温下材质将出现老化，材质的老化将直接影响了发光材质的发光效率，我们通常会发现日光灯和节能灯的灯管使用时间长了荧光粉会发黑，这就说明荧光粉在老化，老化越严重发光效率就越低，光衰就越大，所以要控制光衰的速度就要选择品质好的发光材质和元件，还有电路设计时要尽量控制发光材质的温度，发光材质的温度控制也将对降低光衰起到很明显的作用。

　　LED 是一种固态的半导体器件，直接把电转化为光。LED 的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由三部分组成，一部分是P 型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N 型半导体，在这边主要是电子，中间通常是1 至5 个周期的量子阱。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子和空穴就会被推向量子阱，在量子阱内电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，也就是发出我们需要的光，晶片在工作时也会产生温度，长时间温度的升高将会使晶片产生老化，晶片的老化就出现发出的能量下降，发光效率降低，这就使LED 出现了光衰。

　　LED 光衰的控制LED 产生光衰的原因很多，主要因素是晶片的老化，要解决光衰最重要的就是要控制LED 晶片老化的速度，第一当然LED 晶片的品质很重要，还有就是解决晶片散热的问题的也很关键，总之解决LED 的光衰问题的因素是多方面的，晶片的品质和封装的技术封装材料的选择等都很关键。

　　LED 的光衰与寿命LED 的特点是寿命长，理论寿命能达到8 到10 万小时，当然就有人表示怀疑了，LED 真的能达到这么长的寿命吗，按照这样的寿命计算LED 灯具真能用到几十年不坏吗？ 根据实验室证明所谓的8 到10 万小时的寿命是要有前提条件的，LED 的晶片，使用的环境，使用的电流等都有直接的关系，这种寿命是指LED 从开始使用到电气性能完全丧失所需的时间，当然没考虑到光衰的因素。 在照明应用中我们需要的是发光寿命，也就是说有效光源寿命，有效光源寿命是指LED 工作时能发出有效的有利用价值的光的累计工作时间，LED 通常有效光源寿命能达到3~5 万小时就已经不错了。 所以LED 光衰的速度和LED 的寿命是成反比的，只有控制了光衰才真正达到了超长的寿命。