LED台灯（发光二极管为光源的台灯）-趣爱秀

台灯介绍

LED照明又称固态照明，作为继白炽灯、荧光灯后的第三代照明技术，具有节能、环保、安全可靠的特点，固态光源是被业界看好的未来十年替换传统照明器具极具潜力的新型光源，代表照明技术的未来。发展新固态照明，不仅是照明领域的革命，而且符合当前政府提出的“建设资源节约型和环境友好型社会”的要求。

我们现在大多数的LED照明都是白色的，而在1955年LED诞生之初，只有红光到绿光波段的LED。直到20世纪90年代初蓝光LED才被三个日本人（赤崎勇、天野浩、中村修二）发明出来，从此我们才有了白光LED灯，也就能很好的在夜晚工作学习了。他们也因此获得2014年的诺贝尔物理学奖。

另外，还有一点，LED灯点灯的时间越长，光源中的荧光粉衰减越快，结果就会导致人眼接触的蓝光波段的光照越来越强烈，从而对人眼造成伤害。所以眼睛长期看LED光源，容易让人产生头晕眼花、不舒服的感觉，甚至会造成眼晴伤害，使得患眼病的机率会有所提高。提醒，不要让眼睛长时间注视过亮的LED光源，以免眼睛受损。

LED应用非常广泛，犹其适合做辅助外部照明（LED灯箱，汽车LED尾灯等）。

缺点

一、单色光源，色谱太窄，对眼睛的视神经会有影响，容易疲劳。

二、价格比较贵，相对于其他光源，价格普遍比较高。

三、LED灯具由于入门门槛低，其中也包括了一些不合格的产品，国内也缺乏相关的质量检测手段，主要以国外发达国家的质量检测为标准。

四、LED小灯珠，使用几年后会慢慢损耗而无法更换，容易造成整个台灯报废。

五、做工较差的LED护眼灯都会产生轻微频闪和辐射。

六、适配器一般比LED小灯珠寿命短，变压器较容易坏。

优点

一、光源方向性好,按需照明，作为应急台灯较好。

二、照度充足,满足你的普通照明需求。

三、直流供电,做工好的无频闪,无电磁辐射。

四、绿色环保,高效节能。

五、固体光源,抗机械震动。

六、无紫外线、无红外线。

七、LED小灯珠寿命较长。

蓝光危害

主要原因是高能短波蓝光，LED台灯的光源发射的白光之所以能够形成主要是靠450～455NM波长的蓝光激发荧光粉，其中波长越低击发能力越强。通常LED光源的出厂波长控制在500NM之内，一般是450～455NM或455～460NM，都属于辐射伤害最强的区段。如果波长变大，那么激发荧光粉的能力就下降，发光效率就会降低。生产厂家为了追求亮度，通常会加强LED光源的蓝光强度，人眼如果长期看这样的光源，难免眼睛会受到蓝光伤害。

家庭LED照明尽量少用，特别LED护眼灯处于试验期，LED只适合做辅助照明。LED器件内钙钛矿—聚合物复合层由二维、三维钙钛矿与绝缘聚合物制成。

德国眼科专家李查德·冯克（R.H.W. Funk）教授的研究报告指出当“不合适的光”持续照射我们的眼睛，会引起功能失调，尤其是三基色灯，电脑屏幕等发出的含有大量不规则频率的高能短波蓝光，这些短波蓝光具有极高能量，能够穿透晶状体直达视网膜，对视网膜造成光化学损害，直接或间接导致黄斑区细胞的损害。

因此，对于我们正常人而言，阻隔蓝光长时间照射是减少损伤最有效方法，而使用过防蓝光眼镜能有效的解决这一点，普通的防辐射眼镜只能过滤紫外线及一定的电磁辐射，而不能过滤蓝光。专用防蓝光眼镜不但能够有效的隔离紫外线与辐射而且能够过滤90%以上的蓝光，适合在看电脑或者电视时用，可以大大减轻蓝光对眼睛的刺激，消除眼睛酸涩、发热或者疼痛等不适症状，缓解眼睛疲劳。

眼下对于节能产品，全社会关注的程度超过了以往的任何时期,其中被称为第四代光源LED在产业资本和政府补贴的双重推动下,近几年来实现了爆发式的增长。然而在一片欣喜之中，一些医学和电光源的专家却指出,不少LED灯具都存在着严重的蓝光溢出问题。日积月累人眼的视网膜会受到不可逆转的伤害，严重的甚至会导致失明。那么在节能与健康之间，我们该如何抉择并找到解决之道呢？

“LED呢，发光效率较高，跟白炽灯比省电至少可以省到50-60%，尤其是长时间点的，像地下车库等，在一年里就可以收回它的成本。”

我国已经成为全球最大的LED灯具生产国，根据科技部的十二五规划，到2015年，LED在照明市场的份额要达到30%，国家发改委也制定了路线图，到2016年彻底淘汰白炽灯，这更是为LED产业打下了一支兴奋剂，具不完全统计，全国各地打造的LED产业园不下20个，到2013年产业总规模预计要达到2000亿，2015年将超5000亿，然而就在产业界分享盛宴高歌猛进之时，医学界却表达了担忧，中国眼科医师学会副会长（上海五官科医院院长）孙兴怀教授说，根据国际上的研究成果，LED发出的蓝光长期作用于人眼的话，会造成严重的伤害。

“蓝光会对视网膜造成伤害，具体的位置是在光感受器，也就是接受光线把它转换成视觉电信号的细胞，你对着它积累到一定的量，它就不能感受光线，然后就失明了。”

蓝光作为色光的一种，普遍存在于各种灯具当中。孙兴怀说，当前市场上大多数LED灯具，是通过芯片发出蓝光，激发黄色的荧光粉，来调和成白光的，因此，LED的蓝光问题尤其突出。

结构功能

充电式LED台灯的主要结构有：高亮度白色发光二极管；220伏特交流转低压直流电路（电源）；灯罩；灯架；电源开关；电源线；插座；蓄电池。

各组成部分的功能

高亮度白色发光二极管

是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，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。半导体晶片由两部分组成，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。

但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结材料决定的。

220伏特交流转低压直流电路(电源)

电源是向电子设备提供功率的装置，也称电源供应器，它提供计算机中所有部件所需要的电能。电源功率的大小，电流和电压是否稳定，将直接影响设备的工作性能和使用寿命。

灯罩

灯罩不仅仅是罩在灯上为了使光聚集在一起的作用，还可以防止触电，对保护眼睛也有作用，所以每个灯上都会有灯罩。

灯架

提供支撑力，承载台灯上面的灯罩与二级管，同时可以歪曲，调节光源的角度，适应不同人的要求，其次它也是电线的输送管道。

电源开关

接通电源的作用，使得台灯系统通过电流，能够正常工作。

电源线

输送电流到台灯的内部，使台灯处于工作状态。

插座

电源插座指用来接上用来将市电提供的交流电，使家用电器与可携式小型设备通电可使用的装置。电源插座是有插槽或凹洞的母接头，用来让有棒状或铜板状突出的电源插头插入，以将电力经插头传导到电器。一般插座都设计成非同一规格的插头就无法插入，部分插座上会有棒状突出，搭配插头上的凹洞。

蓄电池

蓄电池是电池中的一种，它的作用是能把有限的电能储存起来，在合适的地方使用。它的工作原理就是把化学能转化为电能。

台灯设计

LED光源作为第四代新型节能光源，从诞生之时就被用来做各类灯具的发光光源。作为光源的白炽灯其发光效率只有百分之五，而LED光源的发光效率几乎接近百分之九十。LED照明以其高节能、长寿命、利环保的特点成为大家广为关注的焦点。台灯是家家户户都在使用的普通灯具，这几年高亮度的LED光源因其制造技术突飞猛进，而其生产成本又节节下降，如今台灯得以使用LED光源作为高亮度、高效率而又省电、无碳排放的照明光源。

一种简洁实用的LED台灯方案如图所示。AC220V经由适配器在灯具外的安全降压变换，向LED台灯提供稳定的12V直流电源，在台灯底座壳内安置恒流源电源板，将直流电压变换成稳定的直流恒流源，以满足LED光源发光的技术要求。在直流恒流源前可加一电源开关，以便在台灯不用时可关断直流电源，但不能关断220V交流电源，因此不用时应从墙上取下适配器的电源插头，这也是这个实用方案的唯一“缺点”。

如不想采用机械开关，并想要一个更有创意的卖点，可选用电子触摸开关，如手指轻点可实现台灯的开->全亮、半暗、关;由于电子技术的快速进步，电子触摸开关如今已是一个低成本的器件。

LED光源工作原理

LED光源工作的主要参数是VF、IF，其它相关的是颜色/色温/波长/亮度/发光角度/效率/功耗等。LED是一个PN结二极管，只有施加足够的正向电压才能传导电流，VF正向电压是为LED发光建立一个正常的工作状态，IF正向电流是促使LED发光，发光亮度与流过的电流成正比例。白光LED VF标称电压：3.4V±0.2V。LED光源在大批量生产时，每一批LED的VF具有一定的离散性，为了客户使用时需要的一致性，LED出厂时必需按不同的VF分档出售;否则会导致同一批生产的LED灯具亮度有差异;LED IF工作电流按应用需要选用，不同的电流档次不能混用。

LED光源驱动电路

LED光源的驱动电路就是把12V直流电压变换成稳定的恒流源，电路的设计本着删繁就简、节省成本的原则，应该从能完成这个电路设计要求的众多LED驱动芯片中选择集成度高、性能较好、应用电路简单、价格较平的性价比有优势的芯片。因此选择驱动电路外围器件少的驱动芯片是生产成本的首要考量。

PT4115用于1～6W的白光LED光源驱动方案时只需四个零件(图2)，Cin是输入滤波电容，Rs设定流过LED的电流IF，Rs=0.1/ILED;L是续流电感，D5是续流二极管。因适配器已提供12V的直流电压，原图为交流电压输入整流用的桥式整流器D1～D4可省略。虽然零件少了，但对零件的要求更高，设计时需按表1提示的要求选用，才能使电路进入良好的工作状态。PT4115的开关频率采用抖频技术有效降低EMI，省略了抗EMI电路。

LED光源驱动芯片的恒流精度对于LED灯具生产厂家而言是至关重要的，LED光源驱动IC的恒流精度批量生产时都会有一定的离散性，LED灯具生产厂家在批量生产调试时，同样的电源、同样的LED光源负载、同样的恒流源电源板，因同一型号的不同驱动IC其恒流精度的个性差异会导致恒流源电源板输出电流产生一定的公差，使同一LED光源负载的发光亮度有所不同，这就会增加恒流源电源板大批量生产时在线调试的时间，影响生产力。因此，恒流源电源板生产厂家应选用恒流精度高的驱动IC，恒流精度至少要小于±3%，如是±1%更理想，但其价格会高于±3%的产品。

电感的选择

以3×1W的高亮度白光LED光源的设计案例而言，三个1W的LED光源串联，其工作电流可设计为300～350mA，L的电感量应选用68uH～100uH，Q值大于50，饱和电流大于800mA的磁路闭合电感器。

PT4115的设计最佳工作频率在1MHz以下，电感量大了小会影响其工作频率，本方案的电感设计在68uH以上，这样系统工作频率可以控制到1MHz以下。电感量小了，工作频率趋高，由于PT4115内部电流检测电路响应速度限制，对内部电流正常检测出现影响，不能更好地实现对内部开关的导通/关断控制。另外由于高频率会带来较大的开关损耗，使芯片运行在较高的结温下，电应力加大，不利于稳定工作。电感量太小还会导致PT4115的SW端烧坏，而无输出。

电感的DCR越小，效率越高。建议选用EPC13锰锌4000磁芯。

电感器的饱和电流选小了，D5肖特基二极管的电流选小了，将会导致整个电路的续流不足，LED光源会产生人眼可见的闪光。将电感器的饱和电流和肖特基二极管的电流适当增大即可增大整个电路的续流电流，消除因此产生的闪光。

适配器的选择

适配器为本方案LED台灯提供稳定的交流电源->交直流降压变换，它的实时带载输出能力将影响本方案LED台灯的性能，用于本方案3X1W白光LED台灯的适配器，它在带载时输出电流应大于1A，电压应稳定在DC12V。有些带载能力差的适配器，连接上本方案LED光源负载时，其实时输出电压会跌落到7V，甚至6.5V，对于工作电压从8V开始的LED驱动IC，届时会进入欠压保护状态而停止工作，一旦驱动IC停止工作，电压又回升至12V，LED驱动IC再次进入工作状态，如此周而复始，使LED台灯出现人眼可见的闪光。此时，只有更换带载能力好的适配器才能使LED台灯正常工作。

EMI的传导与辐射

本LED台灯方案总体设计时要考虑能过EMI的传导与辐射，过EMI的传导与辐射的关键是电源变换器，因此要选用能过EMI，甚至能过CE、UL的适配器来配套，以便生产的LED台灯能出口欧美日市场。恒流源电源板因使用的驱动IC是DC/DC开关器件，工作时开关频率会产生辐射，因此内置在台灯底座金属壳内可有效降低辐射，机械结构设计时应考虑金属底座内的磁路屏蔽。

光源特点

享受现代化的照明，避免不良照明对人类健康的影响。当必须使用室内照明时，应把握好照明五原则：

1、采用广泛的照明，光线应照射到整个桌面；

2、采用均匀的照明，每一部分的照明度都要一致；

3、保持稳定的照明，光源不要时暗时明或闪烁；

4、保持充足的照明；

5、最后注意不要让光线直射于眼睛。

Led照明是一种绿色光源：工作电压低，耗电量少；性能稳定，寿命长(一般为10万小时)；抗冲击，耐振动性强；led照明产品能提供优质的光环境，提升照明系统的光效，没有红外和紫外的成分，显色性高并且具有很强的发光方向性；调光性能好，色温变化时不会产生视觉误差；冷光源发热量低，可以安全触摸；改善眩光，减少和消除光污染。

零频闪，不会使眼睛产生疲劳现象。无电磁辐射，杜绝辐射污染保护大脑。它既能提供令人舒适的光照空间，又能很好地满足人的生理健康需求，是环保的健康光源。长期使用可保护视力，预防近视。

优质光源是绿色照明的基础。优质光源应具有以下三个方面的特征。

第一、光谱成分中应没有紫外光和红外光。长期过多接受紫外线，不仅容易引起角膜炎，还会对晶状体、视网膜、脉络膜等造成伤害。红外线极易被水吸收，过多的红外线经过人眼晶状体聚集时即被大量吸收，久而久之晶状体会发生变性，导致白内障。

第二、光的色温应贴近自然光。人们长期在自然光下生活，人眼对自然光适应性强，视觉效果好。

第三、灯光为无频闪光。普通日光灯的供电频率为50赫兹，表示发光时每秒亮暗100次，属于低频率的频闪光，会使人眼的调节器官处于紧张的调节状态，导致视觉疲劳。如果发光时的频率提高到数百、数万赫兹以上--—成为高频率，人眼即不会有频闪感觉；但真正的无频闪是直流供电或半导体固体发光器件（如led发光二极管）发出的光称为无频闪光。