LED照明灯的制作

在电能源的使用中，照明用电占据了相当大的比例，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。

一、LDE照明优点

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，在自己动手组装LED照明灯不远的将来其发光效率还将有更 大的提高。

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。

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。

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。

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。

二、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 草帽头白光LED外形

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 成品LED灯

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 电路原理图

LED 灯的主要零配件如图4 所示。LED 共配有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 LED灯的主要零配件

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 焊好的外观

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6 空板图

图7 焊好的驱动板图

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。

图10

最后将磨砂灯罩扣上，LED 就制成了。如图11 所示。

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

三、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。