【LED应急灯设计5300字】

LED应急灯设计1引言 LED应急灯设计摘要：随着LED技术的不断发展和成本的下降，LED在应急照明及日常生活中将扮演越来越重要的角色。在开发设计应急照明灯的控制电路时，要根据国家有关标准要求，充分考虑各种光谱LED的电光特点，从高效率、高可靠的角度出发完成LED驱动电路设计，是保证LED得到广泛应用的基础。本文从应急灯的功能和技术要求出发,进行典型LED应急照明灯驱动电路的设计与调试工作。关键词：LED；应急照明灯；设计1引言1.1研究背景应急照明灯是一种十分重要的照明装置，在正常供电时自动对后备蓄电池充电，在电源停电后自动切换蓄电池供电，提供应急照明功能，在高层建筑、教学楼、商场和娱乐场所等人员密集的地方得到广泛应用。由于它涉及到建筑物发生火灾时人员的安全疏散、消防应急照明和方向指示等项内容，在消防救援中扮演着十分重要的角色，甚至被人们称作“生命之灯”。采用LED作为应急照明的应急灯，具有寿命长、能耗低、显色性高、易维护、体积小、点亮速度快、无频闪，发光效率远高于传统光源，无有害金属汞，非常环保等优点，而成为主流产品。LED应急照明灯的设计在考虑《消防应急灯具》国家标准（GB17945-2000）的前提下，主要从实现的功能、主要技术指标要求、应急照明电路设计、正常照明与充电控制电路设计和自动应急转换电路设计等方面进行综合设计。1.2LED发展现状2008年奥运会、2009年祖国60年大庆和2010年上海市博会，这些举世瞩目的活动不仅吸引国际上的目光，也聚焦强大的宣传效益在大众中泛起“涟漪”。硕大又清晰的广场大屏幕、流光溢彩的活动彩灯、大方美观的街道亮化工程。在人们兴奋的喝彩声和啧啧称赞声中，LED产业知名度无形中持续攀升。当前在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下,节约能源是我们目前乃至未来很长的时间都要面临的重要问题.在照明领域,半导体照明由于其节能、环保、高端等特性备受关注,LED发展前景可以说是前途无量。近年来，全球LED产业一直都在稳步成长，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光,LED作为一种新型的绿色光源产品,必然是未来发展的趋势,给整个绿色照明生产行业带来广阔的市场前景与新的机遇。我国的LED产业起步于20世纪70年代，经过近40年的发展，我国现已成为世界第一大照明电器生产国和第二大照明电器出口国。LED产业，最核心的竞争力当属技术。然而，大型的LED企业几乎都是外企，国内企业的销售额微乎其微，由于技术上的滞后，目前国内企业竞争力相当薄弱，无法与世界强国抗衡。目前中国与世界强国在LED核心技术上的差距是个无可厚非的事实。中国作为照明产品的生产和消费大国，中国的照明企业能否在新一轮照明技术革命与照明工业转型中占有一席之地，是共同面对的问题。但愿我国LED事业能够加快研究发展的步伐，早日到达世界先进水平，在新的照明革命中树立自己的旗帜。2应急灯简介2.1应急灯发展现状应急照明作为工业及民用建筑照明设施的一个重要部分，同人身安全和建筑物、设备安全密切相关。当电源中断，特别是建筑物内发生火灾或其它灾害而电源中断时，应急照明对人员疏散、保证人身安全、保证工作的继续进行、生产或运行必要的操作或处置，以防止导致再生事故，都占有特殊地位。因此，应急照明一直备受各个国家的重视，已经有了很长的发展历史。近几年来，随着照明技术的迅速发展，高大且功能复杂的建筑日益增多，相关法规和标准不断健全和完善，应急灯得到了广泛的应用和发展，同时对应急灯的要求也有了更高的要求。国外发达国家应急照明技术发展得比较早，发展速度也比较快，一直以来都处于领先地位。我国应急照明虽然起步得比较晚，但近几年来发展得很快。目前，国内相关标准规范制定工作已踏入正轨，应急照明工程设计不断进步，相关产品的研发和产品的质量、性能与国外产品相差无几，并已转向智能环保型方向发展。特别是在大型公共建筑的建设中，已经从简单安装独立控制型应急照明灯具发展到开始设计开发集中控制型应急照明系统。未来的应急灯，在提高可靠性的同时，必将把重点目标放在节能性与环保性上面。2.2应急照明灯的主要功能LED应急照明灯实现的主要功能如下：（1）自动切换功能。断电发生时，内置的控制电路在5s内（高危险区域在0.25s内）自动切换电源，进入应急状态。市电恢复供电时，自动切换回充电状态。（2）恒流充电功能。充电时，红色和绿色指示灯亮，充满时，红色指示灯熄灭，此时转入涓流充电状态；绿色指示灯显示主电状态，市电正常接入即点亮。（3）故障检测功能。如电池保险丝断或接触不良，或内部控制电路不正常，内置的自检电路将自动点亮黄色指示灯。（4）过放电保护功能。当电池电压放电到额定电压的80%时，电子开关立即切断放电回路，可确保电池的长寿命。（5）试验按钮功能。在主电正常供电的条件下，按下试验按钮等同于切断外部电源，用于模拟停电状态试验。在主电断电的条件下按下该按钮，可以关闭应急照明灯。2.3应急照明的基本要求2.3.1应急照明照度按照GB50034—2004《建筑照明设计标准》的要求，应急照明照度标准值宜符合下列规定：（1）备用照明的照度值除了另有规定外，不低于该场所一般照明照度值的10%；（2）安全照明的照度值不低于该场所一般照明照度值的5%；（3）疏散通道的疏散照明的照度值不低于0.5lx。2.3.2应急照明转换时间和持续工作时间（1）转换时间：应急照明在正常供电电源终止供电后，其应急电源供电转换的时间应该满足：1）疏散照明、备用照明不大于5s（金融商业交易场所不大于1.5s）2）安全照明不大于0.5s（2）持续工作时间：1）疏散照明：按照GBJ16—1987《建筑设计防火规范》（2001年版）规定，应急持续工作时间不应小于20min，高度超过100m的高层建筑不应小于30min。2）安全照明和备用照明：其持续工作时间应该根据该场所的工作或生产操作的具体需要确定。如生产车间的某些部位的安全照明，一般不小于20min；而医院手术室的备用照明，持续时间往往要求达到3~8h；生产车间的备用照明，作为停电后进行必要的操作和处理设备停运的，可以持续20~60min，按操作复杂程度而定，作为持续生产的，应该持续到正常电源恢复；对于通信中心、重要的交通枢纽、重要的宾馆等，要求持续到正常电源恢复。3LED应急灯电路设计3.1自动充电电路自动充电电路可使充电电瓶随时充电，不至于欠压或过冲而缩短电池的寿命。自动充电电路原理介绍：220v电压通过变压器编程9v，IC1为T1基极提供电压，继电器J实现开关K自锁和自动断电。当接上电瓶后，按动K，电源指示灯L点亮，同时J得电吸合，K被其触点J-0自锁，充电开始，此时由于电瓶欠电，T1发射极电压低于（7.5V+0.65V），T1截止，T2也截止，它们对T3无影响。当电瓶电压充至7.5V时，T1发射极电压为7.5V+0.65V，T1饱和导通，T2也导通，T3基极电压下降而截止，J失电释放，J-0断开，充电停止。指示灯L熄灭。通过调节W还可对不同电压的电池充电。电路中的二极管D是隔离二极管，可防止电瓶反向放电。其中R5为充电限流电阻，可在5～10Ω间选取，其它元件无特殊要求。所有元件可搭接在一塑料盒上，IC1可不用散热器。图1自动充电电路电路图3.2变压、整流与滤波电路设计在正常情况下一般由AC220V市电供电，为此设计了变压、整流、滤波电路，如图2所示。其作用是：AC220V经变压器T1降压为AC8V电压，经D1～D4桥式整流和C1滤波后，得到直流电压，供给充电电路和其它电路使用。图2变压、整流与滤波电路3.3状态指示电路设计本应急照明灯主要有主电供电状态、充电工作状态和电路故障状态3种工作状态，分别用标准的绿光LED、红光LED和黄光LED来指示，根据控制要求设计了主电指示、充电指示、故障指示电路和工作状态检测电路，如图3所示。图3状态指示电路（1）主电供电状态。当接通主电电源后，经降压、整流和滤波后得到的直流电压，经过R1、Rx、D10限流后，使主电指示灯D10（绿）亮，D10正向导通电压为2V，正常显示电流10～20mA；主电断电后，主电指示灯D10熄灭。（2）充电工作状态。刚开始充电时，充电电池电压较低，Q4截止，整流、滤波后的直流电压经R1、R9、D11限流后，使充电指示灯D11（红）亮,D11正向导通电压为1.8V，正常显示电流10～20mA；当电池电压升高到一定值时，导致D7截止，并经R8→R10→Q4(9013)通路，使Q4导通，从而使红灯D11熄灭。（3）电路故障状态。在主电供电的情况下，当电池失效或者与之串联的保险管熔断后，施加的直流电压高于6.8V使稳压管D9工作，再经过R12使故障灯D12（黄）亮,D12正向导通电压为2V，正常显示电流10～20mA。当主电断电后，故障灯D12熄灭。3.4应急转换电路设计当主电正常供电时，整流、滤波后的直流电压经R8、D7限流后，给电池BT充电；同时，该真流电压经R1、R3，对C2充电，为应急转换做好准备，并使Q1导通，但由于C点电位高于A点电位，而使D5和Q2截止。当主电由供电转为断电时，C2上的充电压使Q1继续保持导通状态，C点由高电位转为低电位，使D5和Q2导通，充电电池向LED应急照明电路供电。选择蓄电池容量为3.6V/300mAh，在LED照明电路电流小于等于200mA的情况下，确保LED应急照明工作时间不小于90min。在主电正常供电的情况下，闭合试验按钮SB，则模拟主电断电而进入应急照明状态，打开试验按钮恢复主电供电状态。根据上述控制要求，设计的应急照明灯的应急转换电路，如图4所示。图4应急转换电路3.5LED应急照明电路该应急照明灯的应急照明功能是由白光LED来实现的，由于单只白光LED的发光亮度有限，不能满足实际要求而使用了多只LED，设计的控制电路如图5所示。为了照明光线的均匀性，将应急照明电路做成2块板，分布在底座的两边，每块应急照明板上均安装了4只白光LED，每只LED的正向导通电压为3V左右，正向工作电流范围为10～30mA。同时，为了避免LED正向导通电压的离散性而导致功率消耗不均衡的问题，每只LED串联一只电阻后再并联使用。在本设计中共使用了8路白光LED电路，总的工作电流不能超过200mA，即每个LED回路的工作电流不能超过25mA，以保证应急工作时间不小于90min。图5LED应急照明电路4应急灯的接线与维护4.1应急灯的接线在日常监督检查中发现，由于接线方式错误导致应急照明灯具不能正常使用的情况很普遍。各应急灯具宜设置专用线路，中途不设置开关。二线制和三线制型应急灯具可统一在专用电源上。各专用电源的设置应和相应的防火规范结合。应急电源与灯具分开旋转的，其电气连接应采用耐高温电线，以满足防火要求。二线制接法是专用应急灯具常用接法，适用在应急灯平时不作照明使用或24小时持续照明用（CED标志灯就属于此种类），待断电后，应急灯自动点亮。图6二线制接线图三线制接法为应急灯常用的接法，可对应急灯具平时照明状态的开或关进行控制，当电网断电时不论开关处于何种状态，应急灯立即点亮应急。K为平时照明开关。图7三线制接线图4.2应急灯的维护应急灯是一种要求万无一失的高可靠性产品。因此，除了生产单位提供产品的可靠性保障外，使用者经常地检查、维护是必不可少的。对它的易损部件，如：灯管是否要更换，电池组使用时间是否过长，放电时间是否仍能满足要求，应急转换是否正常工作等，应当经常定期进行性能检查，每半个月或一个月通过连续开关试验，以检查电路转换及电池的应急功能，并进行放电，以延长电池使用寿命。应急灯均以放电状态出厂，使用前必须进行20小时的充电，才可进行放电。结论建筑物发生火灾，在正常电源被切断时如果没有事故照明和疏散指示标志等应急照明灯具，受困人员往往因找不到安全出口而发生拥挤、碰撞、摔倒，尤其是高层建筑、影剧院、礼堂、歌舞厅等公众聚集场所发生火灾后，由于人员拥挤，对场所情况不熟悉，更是极易造成较大的伤亡事故。另外，没有合格的事故照明和疏散指示标志，也不利于消防队员进行灭火和抢救被困人员、疏散物资。因此，选用符合规定的应急照明灯具是十分重要的。经过近一个月的努力，终于完成本次课程设计，在本次课程设计过程中，我增强了自己的动手能力、分析能力和解决问题的能力。通过跟老师和同学的交流，上网查资料以及自己的思考和分析，我按时完成了这次课程设计。在此过程中，我学会了很多，也发现了很多自己的不足之处。在以后的学习生活中，我会努力学习专业知识，将自己所学的知识多于实际相联系，为将来的发展做好充分的准备。总之，在这次课程设计中，我受益匪浅，学到了很多书本上所没有的东西，懂得了理论和实际联系的重要性。在以后的学习中，我不仅要把理论知识掌握牢固，更要提高自己的动手能力和分析能力由于水平有限，文中肯定有很多不恰当的地方，请老师指出其中的错误和不当之处，使我能做出改正，我会虚心接受。参考文献[1]崔建国,宁永香.自动备用照明警示灯与应急灯的研究与设计[J].电子世界,2017,(11):200-201.[2]尤一龙.一种适用于1区的LED应急防爆灯具[J].电气防爆,2017,(01):41-43.[3]柳晔.绿色照明应急LED两用灯具的研制[D].吉林建筑大学,2016.[4]张维冲,姜丰.基于均衡充电技术的智能应急灯电池管理