二极管LED在停电照明宝中的设计.doc
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1、河南质量工程职业学院 毕 业 设 计(论 文) 题 目:二极管LED在停电照明宝中的设计系 别:机电工程系专 业:电器产品质量检验班 级:06级电器(3)班学生姓名:李孟灿指导教师:冯红军完成日期: 摘要高亮度、超高亮度及功率LED的广泛应用,大有代替充气灯泡型照明器件的趋势。并且,这个替代步伐越来越快!自2000年来,高亮度LED技术发展非常迅速,手机屏背光、交通信号灯、户外指示、路标、夜间节能灯等等四处可见。出人意料的临时停电常常使人们陷入完全黑暗之中。不论是医院、剧场或家庭,这种情况都需要可自动启动的紧急照明系统。本人利用它的高效节能和高亮度制作了一个袖珍型的挂壁式停电照明宝,平时挂在墙
2、上,停电时可以作为应急灯用,灵活机动,实用性强。利用学过的二极管知识,结合实际情况设计出照明电路,此设计主要以二极管为基本组成整流电路,以干簧继电器为控制开关,以LED灯为照明灯。利用二极管的优点和LED灯的优点更好更有效完成设计,巩固自己学过的知识。关键词:半导体二极管 干簧继电器 发光二极管LED 稳压二极管AbstractHigh-brightness, ultra-high-power LED brightness and a wide range of applications, much instead of inflatable bulb-type lighting device
3、 trend.And, The increasingly rapid pace of alternative! Since 2000, high-brightness LED technology development very quickly, backlit screen phones, traffic lights, outdoor instructions, signs, the night that four energy-saving lamps, etc. Unexpected temporary blackouts often caught people completely
4、 dark,Whether the hospital, the theater or family, this situation needs to automatically activate the emergency lighting system. I use its highly efficient energy-saving and high-brightness produced a mini-lighting the Wall Split Type blackouts, usually pegged to the wall, the blackout could be used
5、 as emergency lights, flexible, practical. The use of the knowledge of the diodes, with the actual situation to design lighting circuits, designed mainly to the diode rectifier circuit as the basic components to dry reed relay for the control switch to LED lights for the lights. Use of the advantage
6、s of diode and LED lights the advantages of better and more effectively complete the design, and consolidate their learned knowledge.Key words : Semiconductor diode Dry Reed Relay LED LED Regulators diode目录1.照明宝电路的简介11.1设计任务1.2设计思路1.3电路要求1.4电路图形2.照明电路的工作原理2.1单相桥式整流电路的单相整流电路.3.电路的各部分组成及内部结构3 3.1 半导体二
7、极管的应用3.2二极管LED的介绍3.3 发光二极管工作原理3.4LED的特性3.5 LED的分类4手电电路144.1 稳压二极管的参数图表4.2干簧继电器工作原理5.电路中元件的检测165.1二极管的检测.5.2电容的检测5.3插座的检测6. 结束语 7. 参考文献1.照明宝电路的简介1.1设计任务用发光二极管设计一个简单的照明电路,在停电后能及时的发光照明。在设计电路时,它以二极管整流电源、干簧继电器、发光二极管LED、稳压二极管和电容为主,在接通电源(电源为4.5)时,看发光二极管LED是否正常发光。1.2设计思路先以二极管为中心设计出一个整流电源,根据公式调出Uv。再通过干簧继电器J调
8、整开关,利用稳压二极管调整电压。最后用仪器检测电路中各个元器件是否正常工作,判断结果。1.3电路要求左边充电电源Vac:220 熔断电流FU:0.25A 右边工作电源U:4.5 电阻R:471.4电路图形(与R2相连的是LED灯,没有画好,请老师原谅。与R3相连的也是LED灯。)2.照明电路的工作原理停电照明宝的电路由两部分组成(见上电路图形)。右边是常见的手电电路,超高亮度的白色发光二极管LED1与LED2构成高效节能的照明电路,由手动开关K控制。由于采用了高效发光器件,停电照明宝的高节能优点并非其他传统的灯丝白炽照明灯可比,且能明显降低对电池的供电要求,即使采用较低容量的扣式电池,也能保证
9、连续点亮较长时间。停电照明宝电路的左边是停电即时启明的自动控制电路,采用简单的电容降压、D1D4二极管整流电源,与小型节点的干簧继电器J对右边的照明电路实现自动控制。J必须选用带有动断(常闭)触点的干簧继电器。该停电照明宝在作为停电即时启明的应急灯时,必须将手动开关K拨向ON位,打开折叠式的电源插头CT并常接于220V交流电网插座上,只要供电正常,J就能得电使动断触点a与b 分离,切断备用电池E对发光二极管LED1与LED2获得电池E的供电而被自动点亮,停电照明宝发出雪亮的白光,实现应急照明,助你及时摆脱黑暗困境。由于停电照明宝插入220V插座上时K已预掷于ON位,所以无论什么时候从电网插座上
10、拔下后它依然是发光的,所以能方便地作移动照明,这对经常停电的地区尤其适用。电容器C的容量取值,应根据J的线包内阻来选定,LED的用量则可按具体的照明需求灵活增减。该停电照明宝还特色化地增设了一个备用插座CZ,专门方便使用者外接各种不同类型的电器或电路,灵活机动地扩展其他各种功能。比如从CZ外接由音乐集成电路及换声元件组成的简单报警器,就能在突然停电时可靠地实现停电及时报警功能;也可外接其他合适的控制电路,使某些停电时,必须及时启动运行的电器电路达到立即自动启动的目的。2.1单相桥式整流电路的单相整流电路图6.2.3 单相桥式整流电路整流电路在工作时,电路中的四只二极管都是作为开关运用,根据图6
11、.2.3的电路图可知:当正半周时,二极管D1、D3导通(D2、D4截止),在负载电阻上得到正弦波的正半周;当负半周时,二极管D2、D4导通(D1、D3截止),在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正、负半周经过合成,得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的电流与电压波形见图6.2.4。2参数计算 根据图6.2.4可知,输出电压是单相脉动电压,通常用它的平均值与直流电压等效。其输出平均电压为(6.2.4) 图6.2.4 单相桥式整流电路的电流与电压波形流过负载的平均电流为(6.2.5)流过二极管的平均电流为(6.2.6)二极管所承受的最大反向电压(6.2.7)流过负载的脉动电压
12、中包含有直流分量和交流分量,可将脉动电压做傅里叶分析,此时谐波分量中的二次谐波幅度最大。脉动系数S定义为二次谐波的幅值与平均值的比值。3.电路的各部分组成及内部结构电路左端有一个电容,220V的电压,熔断保险丝FU0.25A,1M的电阻,下面是电阻的一个附图.3.1 半导体二极管的应用利用半导体二极管的单向导电性,可以将交流电变成直流电,完成整流作用。实现整流功能的电路称为整流电路。单相整流电路分为半波整流、全波整流、桥式整流及倍压整流等。下面以半波整流电路为例,说明二极管在整流电路中的应用。图a所示为单相半波整流电路。它由变压器T和整流二极管V组成。如果变压器的初级输入正弦电压u1,则在次级
13、可得同频的交流电压u2,设u2=U2Sint.当u2为正半周时,A端电位高于B端电位,二极管V因正向偏置而导通,电流流经方向为A端VRlB端,自上而下流过Rl,在Rl上得到上正下负的电压uo.若忽略二极管正向压降,负载上大的电压uo=u2.波形如图(b)所示。当u2为负半周时,A端电位低于B端电位,二极管V因反向偏置而截止,电路中无电流流过,负载电压uo为0.可见,在交流电压u2的整个周期内,负载Rl上将得到一个单方向的脉动直流电压(大小变化,方向不变),由于流过负载的电流和加在负载两端的电压只有半个周期的正弦波,故称半波整流。(z暂时缺少波形图,图在模拟电子课本上,老师您请多多原谅)(a)3
14、.2二极管LED的介绍LED 是英文Light Emitting Diode 的简称,是一种具有两个电极的半导体发光器件,让其流过小量电流就会发出可见光,第一个商用二极管产生于 1960 年。它的基本结构是一块电致发光的半导体材料,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,起到保护内部芯线的作用,所以LED 的抗震性能好。LED 因其颜色不同,而其化学成份不同: 如红色:铝-铟-镓-磷化物绿色和蓝色: 铟-镓-氮化物白色和其它色都是用RGB 三基色按适当的比例混合而成的。LED 的制造过程类似于半导体,但加工的精度不如半导体,目前成本仍然较高. 发光二极管的核心部分是由p 型半导体和n型
15、半导体组成的晶片,在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层,称为p-n 结。在某些半导体材料的PN 结中,注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管,通称LED。 当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压),电流从LED阳极流向阴极时,半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线,光的强弱与电流有关。 发光二极管发光二极管与普通二极管一样,也是由PN结构成的,同样具有单向导电性,但在正向导通时能发光,所以它是一种把电能转换成光能的半导体器件。由于构成它的材料、封装形式、外形等不同,因而它的类型
16、很多,如单色发光二极管、变色发光二极管、闪烁发光二极管、电压型发光二极管、红外发光二极管、激光发光二极管等。在这里只简单介绍其中的几种。1. 单色发光二极管单色发光二极管的发光颜色有红、绿、黄、橙、蓝等,几乎所有设备的电源指示灯、手机背景灯、七段数码显示器件都使用的是单色发光二极管。单色发光二极管的实物与电路符号如图(a)所示。单色发光二极管的两根引脚中,长引脚是正极,短引脚是负极。 发光二极管的正向工作电压为22.5V,工作电流为520mA,一般I v=1mA时起辉。随着Iv的增加,亮度不断增加。当Iv5mA以后,亮度并不显著增加。当流过发光二极管的电流超过极限值时,会导致管子损坏。因此,发
17、光二极管在使用时,必须在电路中加接保护电阻R,如图(b)所示。检测发光二极管时,一般用万用表R10k挡,方法和普通二极管的一样。正常情况下,发光二极管的一般正方向电阻在15k左右,反向电阻为无穷大。灵敏度高的发光二极管,在测正向电阻时,可见管芯发光。 (a)(b)发光二极管(LED)是用半导体材料制作的正向偏置的PN结二极管。其发光机理是当在PN结两端注入正向电流时,注入的非平衡载流子(电子空穴对)在扩散过程中复合发光,这种发射过程主要对应光的自发发射过程。按光输出的位置不同,发光二极管可分为面发射型和边发射型。我们最常用的LED是 InGaAsP/InP双异质结边发光二极管。 -发光二极管的
18、发光原理同样可以用PN结的能带结构来解释。制作半导体发光二极管的材料是重掺杂的,热平衡状态下的N区有很多迁移率很高的电子,P区有较多的迁移率较低的空穴。由于PN结阻挡层的限制,在常态下,二者不能发生自然复合。,而当给PN结加以正向电压时,沟区导带中的电子则可逃过PN结的势垒进入到P区一侧。于是在PN结附近稍偏于P区一边的地方,处于高能态的电子与空穴相遇时,便产生发光复合。这种发光复合所发出的光属于自发辐射,辐射光的波长决定于材料的禁带宽度Eg,即 1.24m?;eV/Eg -发光二极管具有可靠性较高,室温下连续工作时间长、光功率电流线性度好等显著优点,而且由于此项技术已经发展得比较成熟,所以其
19、价格非常便宜。因此在一些简易的光纤传感器的设计中,如果LED能够胜任,选用它作为光源即可大大降低整个传感器的成本。然而LED的发光机理决定了它存在着很多的不足,如输出功率小、发射角大、谱线宽、响应速度低等。因此,在一些需要功率高、调制速率快、单色性好的光源的传感器设计中,就不得不以提高成本为代价,选用其它更高性能的光源。 -由于不同材料的禁带宽度不同,所以由不同材料制成的发光二极管可发出不同波长的光。另外,有些材料由于组分和掺杂不同,例如,有的具有很复杂的能带结构,相应的还有间接跃迁辐射等,因此有各种各样的发光二极管。3.3 发光二极管工作原理LED发光原理发光二极管是由-族化合物,如GaAs
20、(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的,其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性,即正向导通,反向截止、击穿特性。此外,在一定条件下,它还具有发光特性。在正向电压下,电子由N区注入P区,空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光,假设发光是在P区中发生的,那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光,或者先被发光中心捕获后,再与空穴复合发光。除了这种发光复合外,还有些电子被非发光中心(这个中心介于导带、介带中间附近)捕获,而后再与空穴复合,每次释放的能量不大,不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大,
21、光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的,所以光仅在*近PN结面数m以内产生。理论和实践证明,光的峰值波长与发光区域的半导体材料禁带宽度g有关,即1240/Eg(mm)式中Eg的单位为电子伏特(eV)。若能产生可见光(波长在380nm紫光780nm红光),半导体材料的Eg应在3.261.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管,但其中蓝光二极管成本、价格很高,使用不普遍。3.4LED的特性极限参数的意义 (1)允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值,LED发热、损坏。 (2)最大正向直流电流IFm:允许加的
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- 二极管 LED 停电 照明 中的 设计
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