LED小夜灯论文.doc

荆楚理工学院课程设计成果 学院: 数理学院 班 级: 14应用物理1班学生姓名: 刘建彰 李志亮 学 号: 2014409020138 2014409020139 设计地点（单位） 荆楚理工学院 设计题目:LED小夜灯的制作 完成日期： 2016年 6月 24日 指导教师评语: _成绩(五级记分制): 教师签名:JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY创新实验设计LED小夜灯的制作学 院 数理学院 专 业 应用物理学 年级班别 14应用物理1班 学 号 2014409020138 学生姓名 刘建彰 学 号 2014409020139 学生姓名 李志亮 指导教师 黄兴奎 2016年 6月 24日LED小夜灯的制作摘要LED小夜灯是指能透光、分配和改变LED光源光分布的器具，包括除LED光源外所有固定和保护LED光源所需的全部零、部件，以及与电源连接所必需的线路附件。生活中一些狭小、光照要求不高的空间的照明灯功率过大，亮度太高。因而市场上出现了低功率，适当亮度的LED小夜灯为替代品。其结构简单，但很多人对其原理还是不太了解，因而本文针对市场上LED小夜灯电路的一种设计思路进行了论证，通过分析电路的设计、元器件的参数以及电路的工作原理，认识了阻容降压直流电源的工作原理和元器件规格的选择，并结合实物制作锻炼课本知识的应用能力和动手能力。关键词：阻容降压；整流电路；滤波电路；LED产业；LED小夜灯1、问题背景与问题提出电灯发展到今天它的功能已经是丰富多彩，人们对电灯的要求也越来越高。夜晚的黑暗对人们的正常生活造成诸多不便，很多的地方需要光照，如楼道、洗手间、卧室等，但普通照明灯光照强、功率高，不经济和环保，特别是当眼睛适应黑暗之后这些灯的亮起会对眼睛造成一定程度的伤害。这就为小夜灯提供了舞台，小夜灯光照弱、功率小，即解决了实际需要，又经济环保，特别适合在室内及一些狭小空间内照明。2、问题的分析小夜灯照明功能由三个LED灯组成，所需电流较小，并考虑到用电池作为电源不方便，要买电池进行更换，而插座则可随时使用很方便，所以选用220v交流电源，于是就需要设计一个电源电路。LED功率小，为简化设计采用串联大电容进行限流即可，由于发光的载体二极管具有单向导通性，为使其连续发光应接直流电源，所以设计方案中采用了整流电路，用以获得直流电，但整流电路获得的直流电的电压大小呈脉动波形，所以该设计方案中又加了一个滤波电路，用来获得电压平稳的直流电，得到的直流电供三个串联的二极管发光。3、模型假设3.1、设计总框图3.2、电路图4、符号及变量说明4.1、元件清单名称标号规格数量电阻R12M21电阻R22701电容C1250V/3341电解电容C210uF1开关S11二极管D1-D41N40074发光二极管LED1-35MM3PCB1导线2插头2外壳1螺丝44.2、主要元件介绍（1）电容C1：CBB 250V/334：金属化聚丙烯膜直流电容器（CBB）特点：以金属化聚丙烯膜作介质和电极，用阻燃绝缘材料包封，单向引出，带外包，环氧树脂密封，具有电性能优良，可靠性好，损耗小等特点和良好自愈性能。用途：本产品广泛使用于仪器、仪表、电视机及家用电器线路中直流脉动、脉冲、和交流降压用，特别适用于各种类型的节能灯和电子整流器。（2）电容电解C2： 铝电解电容 10uF 50V：铝电解电容是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极制成。还需要经过直流电压处理，使正极片上形成一层氧化膜做介质。它的特点是容量大，但是漏电大，稳定性差，有正负极性，适宜用于电源滤波或者低频电路中。使用的时候，正负极不要接反。特点 a：单位体积的电容量非常大，比其它种类的电容大几十到数百倍。特点b：额定的容量可以做到非常大，可以轻易做到几万f甚至几f（但不能和双电层电容比）。(3) D1-D4 整流二极管 1N4007:1N4007的作用：利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电。1N4007的主要参数：（于1MHZ，4V反向电压下测量）二极管类型:Standard Recovery最大持续峰值反向电压:1000V最大均方根电压：700V最大直流阻断电压：1000V最大平均整流电流（55度）：1A最大浪涌电流（8.3ms正弦波）：30A最大持续正向电压（直流1A）：1.1V最大直流反向电流（于额定直流阻断电压下）：5uA（25度），500uA（100度）最大全载反向平均电流：30uA典型节点电容：15PF操作及储存温度范围：-65 to +175度器件标记:1N4007封装类型:DO-41总功率, Ptot:2.5W表面安装器件:轴向引线 (4) LED1-3 5MM:最大功耗: 80mW 最大正向电流: 30mA 最大反向电压: 5V 最大脉冲峰值电流: 75mA5、模型的建立与求解总的来说该电路采用了串联的方式，限流电路中采用了250V/334的电容进行限流；即C1为0.33uF，在市网（220V/50HZ）中的容抗为：流过电容器C1的充电电流（Ic）为：为了安全起见在电路关闭时必须让电容中的电荷放完，所以在电容旁并联了一个2.2M的泄放电阻R2。这就组成了限流电路，成功的限制了电流的大小，经限流电路限流后得到的是小电流交流电，还需经桥式整流电路整流。图1限流电路设限流电路末端电压为，U2为其有效值。当u2为正半周时，如图1电流由A点流出 ，经D1、负载、D3流入B点，因负载上的电压等于限流电路末端电压，即u0=u2，D2和D4管承受的反向电压为-u2。当u2为负半周时，电流由B点流出，经D2、负载、D4流入A点，负载上的电压等于-u2，即u0=-u2，D1、D3承受的反向电压为u2。这样，由于D1、D3和D2、D4两对二极管交替导通，致使负载在u2的整个周期内都有电流通过，而且方向不变，输出电压。图2所示为桥式整流电路各部分的电压。图2桥式整流电路各部分的电压由图2中u0的波形可知输出电压的平均值解得输出电流的平均值（即负载中的电流的平均值）由此整流电路已将正弦交流电整成直流脉冲电流，但脉冲直流电流电压波动较大，还不能直接对LED供电，因此在LED照明电路旁并联了一个电解电容来进行滤波，构成滤波电路，使电压变得平滑，这样就可以得到满足LED正常工作的电流。图3电容滤波电路电容滤波电路是最常见也是最简单的滤波电路，在整流电路的输出端并联一个电容即构成电容滤波电路，如图3所示。滤波电容容量较大，因而一般均采用电解电容，利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。6、模型的检验电流从整流电路出来一路流经负载另一路对电容C2充电。在理想状态下，电容两端电压uc与u2相等，见图4（a）中曲线ab段。当u2上升到峰值后开始下降，电容通过负载放电，其电压uc也开始下降，趋势与u2基本相同，见图4（a）中曲线bc段。但是由于电容按指数规律放电，所以当u2下降到一定数值后，uc下降速度小于u2的下降速度。此后电容继续放电，uc按指数规律缓慢下降，见图4(a)段。图4整流电路电压的变化当u2的负半周幅值变化到恰好大于uc时，u2再次对C2充电，uc上升到u2的峰值后又开始下降；下降到一定的数值时，C2对负载放电，uc按指数规律下降，重复上述过程，实现电压平滑输出。若考虑二极管的导通电阻，则uc的波形如图4（b）所示，阴影部分为整流电路内阻上的压降。由以上分析可知，电容充电时，回路电阻为整流电路内阻，其数值很小，因而时间常数很小。电容放电时回路电阻为负载电阻RL，放电时间常数为RLC，通常大于充电的时间常数。因此，滤波效果取决于放电时间。电容越大，负载电阻越大，滤波后的输出电压越平滑，并且平均值越大。滤波电路输出电压波形难以用解析式来描述，近似估算时，可将图4（b）所示波形近似为锯齿波，如图5所示，图中T为电网电压周期。设整流电路内阻较小而RLC较大，每次电容充电均可到达u2的峰值（即U0max=2U2），然后按RLC放电的其实斜率直线下降，经RLC交于横轴，且在T/2处的数值最小U0min，则输出电压平均值为图5滤波电路输出电压波形同时按相似三角形关系可得：因而上式表明，当负载开路，即时，。当RLC=（35）T/2时，为了获得较好的滤波效果，在实际电路中，应选择滤波电容的容量满足RLC=（35）T/2的条件。由于采用电解电容，考虑到电网电压的波动范围为10%，电容的耐压值应大于。这里我们采用10uF的电容是合理的。另外考虑到电源刚接通时电流冲击比较大和降压电容短路C1时，因此在整流电路出来后的干路上串接一个阻值为270的电阻起到保险作用。这样就能让LED灯正常的工作，将输出与照明相连，LED小夜灯的制作检验就完成了。7、模型的应用与推广1、LED市场：随着LED产业的发展，各种高功率密度集成开发也成为市场的发展主流，在照明的细分市场之中，LED小夜灯结合导光板的应用也在快速的升温，这种新型的个性化LED照明小产品，为夜间照明带来更多的氛围。这类型的产品主要是以个性化定制为亮点，在2015年汉镭科技在这类型的产品市场进行试点应用，获得不错的市场反应，进入2016年个性化的LED照明小夜灯也将会有越演越烈的势头，可见行业的小夜灯未来发展也有很高的期待，一旦成为行业的新宠，将会又一片蓝海市场。目前市场的小夜灯也有好几种类型，一种是传统的直射式，一种侧光式，就笔者而言，直射LED小夜灯亮度足够，但是依然不能避免刺眼的问题，相反侧光式LED小夜灯以导光板作为载体，附加各种图案，相对来说更具备足够高的市场价值，用户对其更感兴趣。从行业的趋势和产品的技术发展角度来看，LED小夜灯已经到了爆发的时期，各种产品的市场优势使到其产品有点更为突出，并快速的进入室内夜间照明市场应用之中。个性LED小夜灯的市场开拓成功，必将会为室内照明的推广提供更多的助力，使到LED小夜灯的未来领域变得更宽广。2、LED小夜灯应用：（1）LED体积小LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。（2）LED耗电量低LED小夜灯具耗电相当低，一般来说LED的工作电压是2-3.6V。工作电流是0.02-0.03A。这就是说：它消耗的电能不超过0.1W。（3）LED使用寿命长在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时。（4）高亮度、低热量LED发光二极管厂家，LED使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很多。（5）环保LED是由无毒的材料做成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。（6）坚固耐用LED小夜灯具是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，这些特点使得LED照明灯具可以说是不易损坏的。高节能：节能能源无污染即为环保。直流驱动，超低功耗(单管0.03-0.06瓦)电光功率转换接近100%，相同照明效果比传统光源节能80%以上。寿命长：LED光源有人称它为长寿灯，意为永不熄灭的灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。多变幻：LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256256256=16777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。利环保：环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。高新尖：与传统光源单调的发光效果相比，LED光源是低压微电子产品，成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，所以亦是数字信息化产品，是半导体光电器件“高新尖”技术，具有在线编程，无限升级，灵活多变的特点。随着大规模集成电路和计算机技术的不断进步，LED显示屏正在迅速崛起作为新一代显示媒体，LED照明灯具逐渐扩展到通用照明领域，已成为现代城市一道靓丽的风景线。8、模型的评价与改进以上电路的设计保证了LED的正常工作，具有制造成本低，体积小，功耗低等特点，但是由于电容降压式电源是一种非隔离电源,在应用上要特别注意隔离,防止触电，选用的降压电容耐压偏小，没有采用稳压管，安全措施偏少。在制作led小夜灯的过程中，可以锻炼我的焊接技术和动手能力。当焊接电路出现故障的时候，我学会了如何对电路进行分析，从而发现问题并解决问题。在制作过程中要合理安排每个步骤，减少故障的出现。另外在撰写论文分析电路中，能有效运用课本上的知识和网络上的信息。在制作led小夜灯的过程中提高了自己解决电路上的问题和焊接的技术。在使用电焊时要特别注意安全。参考文献：1 百度百科，CBB电容，/view/4219155.htm#3_3访问时间2016年6月24号.2 百度百科，铝电解电容，/view/1053631.htm 访问时间2016年6月24号.3 百度百科.整流二极管1N4007.http:/baike.bai