【LED應(yīng)急燈設(shè)計(jì)5300字】

LED應(yīng)急燈設(shè)計(jì)1引言 LED應(yīng)急燈設(shè)計(jì)摘要：隨著LED技術(shù)的不斷發(fā)展和成本的下降，LED在應(yīng)急照明及日常生活中將扮演越來越重要的角色。在開發(fā)設(shè)計(jì)應(yīng)急照明燈的控制電路時(shí)，要根據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，充分考慮各種光譜LED的電光特點(diǎn)，從高效率、高可靠的角度出發(fā)完成LED驅(qū)動電路設(shè)計(jì)，是保證LED得到廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。本文從應(yīng)急燈的功能和技術(shù)要求出發(fā),進(jìn)行典型LED應(yīng)急照明燈驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試工作。關(guān)鍵詞：LED；應(yīng)急照明燈；設(shè)計(jì)1引言1.1研究背景應(yīng)急照明燈是一種十分重要的照明裝置，在正常供電時(shí)自動對后備蓄電池充電，在電源停電后自動切換蓄電池供電，提供應(yīng)急照明功能，在高層建筑、教學(xué)樓、商場和娛樂場所等人員密集的地方得到廣泛應(yīng)用。由于它涉及到建筑物發(fā)生火災(zāi)時(shí)人員的安全疏散、消防應(yīng)急照明和方向指示等項(xiàng)內(nèi)容，在消防救援中扮演著十分重要的角色，甚至被人們稱作“生命之燈”。采用LED作為應(yīng)急照明的應(yīng)急燈，具有壽命長、能耗低、顯色性高、易維護(hù)、體積小、點(diǎn)亮速度快、無頻閃，發(fā)光效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)光源，無有害金屬汞，非常環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，而成為主流產(chǎn)品。LED應(yīng)急照明燈的設(shè)計(jì)在考慮《消防應(yīng)急燈具》國家標(biāo)準(zhǔn)（GB17945-2000）的前提下，主要從實(shí)現(xiàn)的功能、主要技術(shù)指標(biāo)要求、應(yīng)急照明電路設(shè)計(jì)、正常照明與充電控制電路設(shè)計(jì)和自動應(yīng)急轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。1.2LED發(fā)展現(xiàn)狀2008年奧運(yùn)會、2009年祖國60年大慶和2010年上海市博會，這些舉世矚目的活動不僅吸引國際上的目光，也聚焦強(qiáng)大的宣傳效益在大眾中泛起“漣漪”。碩大又清晰的廣場大屏幕、流光溢彩的活動彩燈、大方美觀的街道亮化工程。在人們興奮的喝彩聲和嘖嘖稱贊聲中，LED產(chǎn)業(yè)知名度無形中持續(xù)攀升。當(dāng)前在全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下,節(jié)約能源是我們目前乃至未來很長的時(shí)間都要面臨的重要問題.在照明領(lǐng)域,半導(dǎo)體照明由于其節(jié)能、環(huán)保、高端等特性備受關(guān)注,LED發(fā)展前景可以說是前途無量。近年來，全球LED產(chǎn)業(yè)一直都在穩(wěn)步成長，LED發(fā)光產(chǎn)品的應(yīng)用正吸引著世人的目光,LED作為一種新型的綠色光源產(chǎn)品,必然是未來發(fā)展的趨勢,給整個綠色照明生產(chǎn)行業(yè)帶來廣闊的市場前景與新的機(jī)遇。我國的LED產(chǎn)業(yè)起步于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過近40年的發(fā)展，我國現(xiàn)已成為世界第一大照明電器生產(chǎn)國和第二大照明電器出口國。LED產(chǎn)業(yè)，最核心的競爭力當(dāng)屬技術(shù)。然而，大型的LED企業(yè)幾乎都是外企，國內(nèi)企業(yè)的銷售額微乎其微，由于技術(shù)上的滯后，目前國內(nèi)企業(yè)競爭力相當(dāng)薄弱，無法與世界強(qiáng)國抗衡。目前中國與世界強(qiáng)國在LED核心技術(shù)上的差距是個無可厚非的事實(shí)。中國作為照明產(chǎn)品的生產(chǎn)和消費(fèi)大國，中國的照明企業(yè)能否在新一輪照明技術(shù)革命與照明工業(yè)轉(zhuǎn)型中占有一席之地，是共同面對的問題。但愿我國LED事業(yè)能夠加快研究發(fā)展的步伐，早日到達(dá)世界先進(jìn)水平，在新的照明革命中樹立自己的旗幟。2應(yīng)急燈簡介2.1應(yīng)急燈發(fā)展現(xiàn)狀應(yīng)急照明作為工業(yè)及民用建筑照明設(shè)施的一個重要部分，同人身安全和建筑物、設(shè)備安全密切相關(guān)。當(dāng)電源中斷，特別是建筑物內(nèi)發(fā)生火災(zāi)或其它災(zāi)害而電源中斷時(shí)，應(yīng)急照明對人員疏散、保證人身安全、保證工作的繼續(xù)進(jìn)行、生產(chǎn)或運(yùn)行必要的操作或處置，以防止導(dǎo)致再生事故，都占有特殊地位。因此，應(yīng)急照明一直備受各個國家的重視，已經(jīng)有了很長的發(fā)展歷史。近幾年來，隨著照明技術(shù)的迅速發(fā)展，高大且功能復(fù)雜的建筑日益增多，相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)不斷健全和完善，應(yīng)急燈得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，同時(shí)對應(yīng)急燈的要求也有了更高的要求。國外發(fā)達(dá)國家應(yīng)急照明技術(shù)發(fā)展得比較早，發(fā)展速度也比較快，一直以來都處于領(lǐng)先地位。我國應(yīng)急照明雖然起步得比較晚，但近幾年來發(fā)展得很快。目前，國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定工作已踏入正軌，應(yīng)急照明工程設(shè)計(jì)不斷進(jìn)步，相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)和產(chǎn)品的質(zhì)量、性能與國外產(chǎn)品相差無幾，并已轉(zhuǎn)向智能環(huán)保型方向發(fā)展。特別是在大型公共建筑的建設(shè)中，已經(jīng)從簡單安裝獨(dú)立控制型應(yīng)急照明燈具發(fā)展到開始設(shè)計(jì)開發(fā)集中控制型應(yīng)急照明系統(tǒng)。未來的應(yīng)急燈，在提高可靠性的同時(shí)，必將把重點(diǎn)目標(biāo)放在節(jié)能性與環(huán)保性上面。2.2應(yīng)急照明燈的主要功能LED應(yīng)急照明燈實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：（1）自動切換功能。斷電發(fā)生時(shí)，內(nèi)置的控制電路在5s內(nèi)（高危險(xiǎn)區(qū)域在0.25s內(nèi)）自動切換電源，進(jìn)入應(yīng)急狀態(tài)。市電恢復(fù)供電時(shí)，自動切換回充電狀態(tài)。（2）恒流充電功能。充電時(shí)，紅色和綠色指示燈亮，充滿時(shí)，紅色指示燈熄滅，此時(shí)轉(zhuǎn)入涓流充電狀態(tài)；綠色指示燈顯示主電狀態(tài)，市電正常接入即點(diǎn)亮。（3）故障檢測功能。如電池保險(xiǎn)絲斷或接觸不良，或內(nèi)部控制電路不正常，內(nèi)置的自檢電路將自動點(diǎn)亮黃色指示燈。（4）過放電保護(hù)功能。當(dāng)電池電壓放電到額定電壓的80%時(shí)，電子開關(guān)立即切斷放電回路，可確保電池的長壽命。（5）試驗(yàn)按鈕功能。在主電正常供電的條件下，按下試驗(yàn)按鈕等同于切斷外部電源，用于模擬停電狀態(tài)試驗(yàn)。在主電斷電的條件下按下該按鈕，可以關(guān)閉應(yīng)急照明燈。2.3應(yīng)急照明的基本要求2.3.1應(yīng)急照明照度按照GB50034—2004《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求，應(yīng)急照明照度標(biāo)準(zhǔn)值宜符合下列規(guī)定：（1）備用照明的照度值除了另有規(guī)定外，不低于該場所一般照明照度值的10%；（2）安全照明的照度值不低于該場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應(yīng)急照明轉(zhuǎn)換時(shí)間和持續(xù)工作時(shí)間（1）轉(zhuǎn)換時(shí)間：應(yīng)急照明在正常供電電源終止供電后，其應(yīng)急電源供電轉(zhuǎn)換的時(shí)間應(yīng)該滿足：1）疏散照明、備用照明不大于5s（金融商業(yè)交易場所不大于1.5s）2）安全照明不大于0.5s（2）持續(xù)工作時(shí)間：1）疏散照明：按照GBJ16—1987《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2001年版）規(guī)定，應(yīng)急持續(xù)工作時(shí)間不應(yīng)小于20min，高度超過100m的高層建筑不應(yīng)小于30min。2）安全照明和備用照明：其持續(xù)工作時(shí)間應(yīng)該根據(jù)該場所的工作或生產(chǎn)操作的具體需要確定。如生產(chǎn)車間的某些部位的安全照明，一般不小于20min；而醫(yī)院手術(shù)室的備用照明，持續(xù)時(shí)間往往要求達(dá)到3~8h；生產(chǎn)車間的備用照明，作為停電后進(jìn)行必要的操作和處理設(shè)備停運(yùn)的，可以持續(xù)20~60min，按操作復(fù)雜程度而定，作為持續(xù)生產(chǎn)的，應(yīng)該持續(xù)到正常電源恢復(fù)；對于通信中心、重要的交通樞紐、重要的賓館等，要求持續(xù)到正常電源恢復(fù)。3LED應(yīng)急燈電路設(shè)計(jì)3.1自動充電電路自動充電電路可使充電電瓶隨時(shí)充電，不至于欠壓或過沖而縮短電池的壽命。自動充電電路原理介紹：220v電壓通過變壓器編程9v，IC1為T1基極提供電壓，繼電器J實(shí)現(xiàn)開關(guān)K自鎖和自動斷電。當(dāng)接上電瓶后，按動K，電源指示燈L點(diǎn)亮，同時(shí)J得電吸合，K被其觸點(diǎn)J-0自鎖，充電開始，此時(shí)由于電瓶欠電，T1發(fā)射極電壓低于（7.5V+0.65V），T1截止，T2也截止，它們對T3無影響。當(dāng)電瓶電壓充至7.5V時(shí)，T1發(fā)射極電壓為7.5V+0.65V，T1飽和導(dǎo)通，T2也導(dǎo)通，T3基極電壓下降而截止，J失電釋放，J-0斷開，充電停止。指示燈L熄滅。通過調(diào)節(jié)W還可對不同電壓的電池充電。電路中的二極管D是隔離二極管，可防止電瓶反向放電。其中R5為充電限流電阻，可在5～10Ω間選取，其它元件無特殊要求。所有元件可搭接在一塑料盒上，IC1可不用散熱器。圖1自動充電電路電路圖3.2變壓、整流與濾波電路設(shè)計(jì)在正常情況下一般由AC220V市電供電，為此設(shè)計(jì)了變壓、整流、濾波電路，如圖2所示。其作用是：AC220V經(jīng)變壓器T1降壓為AC8V電壓，經(jīng)D1～D4橋式整流和C1濾波后，得到直流電壓，供給充電電路和其它電路使用。圖2變壓、整流與濾波電路3.3狀態(tài)指示電路設(shè)計(jì)本應(yīng)急照明燈主要有主電供電狀態(tài)、充電工作狀態(tài)和電路故障狀態(tài)3種工作狀態(tài)，分別用標(biāo)準(zhǔn)的綠光LED、紅光LED和黃光LED來指示，根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)了主電指示、充電指示、故障指示電路和工作狀態(tài)檢測電路，如圖3所示。圖3狀態(tài)指示電路（1）主電供電狀態(tài)。當(dāng)接通主電電源后，經(jīng)降壓、整流和濾波后得到的直流電壓，經(jīng)過R1、Rx、D10限流后，使主電指示燈D10（綠）亮，D10正向?qū)妷簽?V，正常顯示電流10～20mA；主電斷電后，主電指示燈D10熄滅。（2）充電工作狀態(tài)。剛開始充電時(shí)，充電電池電壓較低，Q4截止，整流、濾波后的直流電壓經(jīng)R1、R9、D11限流后，使充電指示燈D11（紅）亮,D11正向?qū)妷簽?.8V，正常顯示電流10～20mA；當(dāng)電池電壓升高到一定值時(shí)，導(dǎo)致D7截止，并經(jīng)R8→R10→Q4(9013)通路，使Q4導(dǎo)通，從而使紅燈D11熄滅。（3）電路故障狀態(tài)。在主電供電的情況下，當(dāng)電池失效或者與之串聯(lián)的保險(xiǎn)管熔斷后，施加的直流電壓高于6.8V使穩(wěn)壓管D9工作，再經(jīng)過R12使故障燈D12（黃）亮,D12正向?qū)妷簽?V，正常顯示電流10～20mA。當(dāng)主電斷電后，故障燈D12熄滅。3.4應(yīng)急轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)當(dāng)主電正常供電時(shí)，整流、濾波后的直流電壓經(jīng)R8、D7限流后，給電池BT充電；同時(shí)，該真流電壓經(jīng)R1、R3，對C2充電，為應(yīng)急轉(zhuǎn)換做好準(zhǔn)備，并使Q1導(dǎo)通，但由于C點(diǎn)電位高于A點(diǎn)電位，而使D5和Q2截止。當(dāng)主電由供電轉(zhuǎn)為斷電時(shí)，C2上的充電壓使Q1繼續(xù)保持導(dǎo)通狀態(tài)，C點(diǎn)由高電位轉(zhuǎn)為低電位，使D5和Q2導(dǎo)通，充電電池向LED應(yīng)急照明電路供電。選擇蓄電池容量為3.6V/300mAh，在LED照明電路電流小于等于200mA的情況下，確保LED應(yīng)急照明工作時(shí)間不小于90min。在主電正常供電的情況下，閉合試驗(yàn)按鈕SB，則模擬主電斷電而進(jìn)入應(yīng)急照明狀態(tài)，打開試驗(yàn)按鈕恢復(fù)主電供電狀態(tài)。根據(jù)上述控制要求，設(shè)計(jì)的應(yīng)急照明燈的應(yīng)急轉(zhuǎn)換電路，如圖4所示。圖4應(yīng)急轉(zhuǎn)換電路3.5LED應(yīng)急照明電路該應(yīng)急照明燈的應(yīng)急照明功能是由白光LED來實(shí)現(xiàn)的，由于單只白光LED的發(fā)光亮度有限，不能滿足實(shí)際要求而使用了多只LED，設(shè)計(jì)的控制電路如圖5所示。為了照明光線的均勻性，將應(yīng)急照明電路做成2塊板，分布在底座的兩邊，每塊應(yīng)急照明板上均安裝了4只白光LED，每只LED的正向?qū)妷簽?V左右，正向工作電流范圍為10～30mA。同時(shí)，為了避免LED正向?qū)妷旱碾x散性而導(dǎo)致功率消耗不均衡的問題，每只LED串聯(lián)一只電阻后再并聯(lián)使用。在本設(shè)計(jì)中共使用了8路白光LED電路，總的工作電流不能超過200mA，即每個LED回路的工作電流不能超過25mA，以保證應(yīng)急工作時(shí)間不小于90min。圖5LED應(yīng)急照明電路4應(yīng)急燈的接線與維護(hù)4.1應(yīng)急燈的接線在日常監(jiān)督檢查中發(fā)現(xiàn)，由于接線方式錯誤導(dǎo)致應(yīng)急照明燈具不能正常使用的情況很普遍。各應(yīng)急燈具宜設(shè)置專用線路，中途不設(shè)置開關(guān)。二線制和三線制型應(yīng)急燈具可統(tǒng)一在專用電源上。各專用電源的設(shè)置應(yīng)和相應(yīng)的防火規(guī)范結(jié)合。應(yīng)急電源與燈具分開旋轉(zhuǎn)的，其電氣連接應(yīng)采用耐高溫電線，以滿足防火要求。二線制接法是專用應(yīng)急燈具常用接法，適用在應(yīng)急燈平時(shí)不作照明使用或24小時(shí)持續(xù)照明用（CED標(biāo)志燈就屬于此種類），待斷電后，應(yīng)急燈自動點(diǎn)亮。圖6二線制接線圖三線制接法為應(yīng)急燈常用的接法，可對應(yīng)急燈具平時(shí)照明狀態(tài)的開或關(guān)進(jìn)行控制，當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí)不論開關(guān)處于何種狀態(tài)，應(yīng)急燈立即點(diǎn)亮應(yīng)急。K為平時(shí)照明開關(guān)。圖7三線制接線圖4.2應(yīng)急燈的維護(hù)應(yīng)急燈是一種要求萬無一失的高可靠性產(chǎn)品。因此，除了生產(chǎn)單位提供產(chǎn)品的可靠性保障外，使用者經(jīng)常地檢查、維護(hù)是必不可少的。對它的易損部件，如：燈管是否要更換，電池組使用時(shí)間是否過長，放電時(shí)間是否仍能滿足要求，應(yīng)急轉(zhuǎn)換是否正常工作等，應(yīng)當(dāng)經(jīng)常定期進(jìn)行性能檢查，每半個月或一個月通過連續(xù)開關(guān)試驗(yàn)，以檢查電路轉(zhuǎn)換及電池的應(yīng)急功能，并進(jìn)行放電，以延長電池使用壽命。應(yīng)急燈均以放電狀態(tài)出廠，使用前必須進(jìn)行20小時(shí)的充電，才可進(jìn)行放電。結(jié)論建筑物發(fā)生火災(zāi)，在正常電源被切斷時(shí)如果沒有事故照明和疏散指示標(biāo)志等應(yīng)急照明燈具，受困人員往往因找不到安全出口而發(fā)生擁擠、碰撞、摔倒，尤其是高層建筑、影劇院、禮堂、歌舞廳等公眾聚集場所發(fā)生火災(zāi)后，由于人員擁擠，對場所情況不熟悉，更是極易造成較大的傷亡事故。另外，沒有合格的事故照明和疏散指示標(biāo)志，也不利于消防隊(duì)員進(jìn)行滅火和搶救被困人員、疏散物資。因此，選用符合規(guī)定的應(yīng)急照明燈具是十分重要的。經(jīng)過近一個月的努力，終于完成本次課程設(shè)計(jì)，在本次課程設(shè)計(jì)過程中，我增強(qiáng)了自己的動手能力、分析能力和解決問題的能力。通過跟老師和同學(xué)的交流，上網(wǎng)查資料以及自己的思考和分析，我按時(shí)完成了這次課程設(shè)計(jì)。在此過程中，我學(xué)會了很多，也發(fā)現(xiàn)了很多自己的不足之處。在以后的學(xué)習(xí)生活中，我會努力學(xué)習(xí)專業(yè)知識，將自己所學(xué)的知識多于實(shí)際相聯(lián)系，為將來的發(fā)展做好充分的準(zhǔn)備?？傊?，在這次課程設(shè)計(jì)中，我受益匪淺，學(xué)到了很多書本上所沒有的東西，懂得了理論和實(shí)際聯(lián)系的重要性。在以后的學(xué)習(xí)中，我不僅要把理論知識掌握牢固，更要提高自己的動手能力和分析能力由于水平有限，文中肯定有很多不恰當(dāng)?shù)牡胤?，請老師指出其中的錯誤和不當(dāng)之處，使我能做出改正，我會虛心接受。參考文獻(xiàn)[1]崔建國,寧永香.自動備用照明警示燈與應(yīng)急燈的研究與設(shè)計(jì)[J].電子世界,2017,(11):200-201.[2]尤一龍.一種適用于1區(qū)的LED應(yīng)急防爆燈具[J].電氣防爆,2017,(01):41-43.[3]柳曄.綠色照明應(yīng)急LED兩用燈具的研制[D].吉林建筑大學(xué),2016.[4]張維沖,姜豐.基于均衡充電技術(shù)的智能應(yīng)急燈電池管理