LED節(jié)能燈的工作原理及設(shè)計(jì)探究

1、LED節(jié)能燈的工作原理及設(shè)計(jì)探究目前,由于我國(guó)各地域人口分布不均勻造成節(jié)能減排的宣傳工作不夠深刻和全面,進(jìn)而能源的浪費(fèi)現(xiàn)象普遍存在,據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)每年能源浪費(fèi)量足以維持我國(guó)1/3以上的工業(yè)部門運(yùn)行一年。若能能減少這一部分能源的浪費(fèi),并輸送給西部將能緩解能源的突出問題。我國(guó)人口眾多,在照明上浪費(fèi)的電能占浪費(fèi)能源的絕大多數(shù)的比重。所以解決能源浪費(fèi)的切入點(diǎn)從照明上入手能取得較大的成效。1、各燈具發(fā)光原理1.1白熾燈的發(fā)光原理白熾燈是由發(fā)光用的金屬鎢絲與電源相接,同時(shí)為了防止鎢絲被空氣氧化而用玻璃器具將其隔離形成燈泡,在燈泡內(nèi)部一般將空氣抽出形成真空或者在其內(nèi)部充入惰性氣體。白熾燈的工作原理是將電能轉(zhuǎn)換成

2、光能同時(shí)伴隨著熱能的釋放,工作過程是電能通過導(dǎo)線傳輸?shù)綗襞輧?nèi)部的鎢絲上,電能被轉(zhuǎn)換成熱能,將鎢絲加熱到非常高的溫度。在這個(gè)過程中由于溫度比較高就會(huì)激發(fā)鎢絲元素原子的核外電子,使得這些電子變得更加活躍向較高能量的外層躍遷,當(dāng)電子再次向內(nèi)層電子移動(dòng)時(shí)能量就會(huì)被釋放,釋放的形式主要是以光電子的形式釋放即光的形成。1.2日光燈的發(fā)光原理日光燈管實(shí)際上就是一根玻璃燈管,在燈光兩端安裝上燈絲,同時(shí)在內(nèi)壁涂有一層均勻的熒光粉,日光燈管內(nèi)充入少量的惰性氣體和水銀蒸汽,燈光兩端裝有由鎢絲制作而成的燈絲,燈絲表面涂有容易激發(fā)電子的氧化物。當(dāng)鎢絲上有電流流過時(shí),燈絲受熱就會(huì)在燈管內(nèi)發(fā)射電子,隨著溫度的上升,水銀就會(huì)

3、汽化蒸發(fā)。在這個(gè)過程中,只要在燈管兩端加上合適的電壓,日光燈管內(nèi)的惰性氣體就會(huì)出現(xiàn)電離的情況,進(jìn)而管內(nèi)的惰性氣體就有放電情況過渡到水銀蒸汽放電的過程。在這個(gè)過程中,管內(nèi)的氣體是可以導(dǎo)電,氣體導(dǎo)電時(shí)發(fā)出不可見的紫外線光,照射在管內(nèi)的熒光粉上時(shí),產(chǎn)生可見光。1.3普通節(jié)能燈的工作原理普通型節(jié)能燈實(shí)際上就是日光燈的升級(jí)版燈具,它是一種緊湊型、自帶整流器的日光燈。工作原理是在燈亮?xí)r電流通過電子鎮(zhèn)流器給燈絲加熱,燈絲在兩端就會(huì)發(fā)射電子,電子處于活躍狀態(tài)會(huì)在管內(nèi)和惰性氣體相碰撞,這些惰性氣體進(jìn)過碰撞之后重新獲得能量進(jìn)而與汞原子碰撞,同理汞原子碰撞獲得能量后產(chǎn)生電離,電離產(chǎn)生的紫外線照射在熒光粉上,使得管壁

4、內(nèi)部的熒光粉發(fā)出可見光。1.4LED節(jié)能燈的工作原理LED是英文lightemittingdiode(發(fā)光二極管的縮寫,主要是由族化合物制作而成,發(fā)光二極管的核心部分是由P型和N型半導(dǎo)體組成晶片的過渡層PN結(jié)。所以,它具有P-N結(jié)的電壓電流特性即正向?qū)?、反向截止和擊穿特性。同時(shí)還具有一些獨(dú)特的性質(zhì)即在一定的條件下具有發(fā)光特性,發(fā)光的原理主要是在正向電壓情況下,電子由N區(qū)注入P 區(qū)相反空穴由P區(qū)注入N區(qū),在這個(gè)過程中注入的少數(shù)載流子會(huì)與多數(shù)載流子復(fù)合,復(fù)合時(shí)會(huì)將剩余的能量以光子的形式釋放出來,從而實(shí)現(xiàn)了將電能轉(zhuǎn)換為光能的過程。2、各燈具的特點(diǎn)比較2.1白熾燈的特點(diǎn)1白熾燈發(fā)光的同時(shí)伴隨著大量熱

5、能的損失,消耗的電能較多,發(fā)光效率較低。2由于工作時(shí)伴隨著大量的熱能產(chǎn)生,內(nèi)部燈絲的壽命比較短同時(shí)由于燈泡是玻璃制品在運(yùn)輸不方便容易破碎。3白熾燈發(fā)出光的顏色比較單一,適用性不強(qiáng),受電壓影響比較大。2.2日關(guān)燈的特點(diǎn)1部件較多,任何一個(gè)部件不能夠正常工作時(shí)都會(huì)影響日光燈的工作情況,所以故障幾率大。2日光燈的燈絲相比白熾燈,工作溫度更低,所以成本較大,但是壽命相對(duì)較長(zhǎng)。3功率受到限制,不能做太大因此一般只能適用于一般家庭適用場(chǎng)合不大。4日光燈發(fā)光是閃爍的會(huì)出現(xiàn)頻閃的現(xiàn)象,長(zhǎng)期處在這種環(huán)境下眼睛會(huì)出現(xiàn)疲勞,增大事故發(fā)生的可能。2.3普通節(jié)能燈的特點(diǎn)1由于燈管內(nèi)部有汞,汞是一種具有劇毒的物質(zhì),在生產(chǎn)

6、過程和使用中容易產(chǎn)生汞污染。2易碎品,在運(yùn)輸和安裝過程中有一定的難度。3綜合起來不省錢。2.4LED節(jié)能燈的特點(diǎn)1LED發(fā)光過程中沒有產(chǎn)生額外的熱能,光電轉(zhuǎn)換效率理論上達(dá)到100%減少了傳統(tǒng)燈具發(fā)光過程中產(chǎn)熱環(huán)節(jié)因此節(jié)省了很大的電能。2發(fā)光二極管可以工作在高速狀態(tài)下,普通的燈具如果頻繁的啟動(dòng)或關(guān)斷燈絲就會(huì)發(fā)黑很容易燒毀。3二極管采用固態(tài)的封裝,對(duì)于安裝和運(yùn)輸都及其方便,工作壽命長(zhǎng)。3、家用節(jié)能的驗(yàn)證假若每天照明工作要進(jìn)行15小時(shí),普通日光燈的使用壽命平均為2年,LED節(jié)能燈平均工作壽命為6年,經(jīng)過調(diào)查12W的LED節(jié)能燈光照強(qiáng)度與60W的普通日光燈相當(dāng)。電費(fèi)按照1元/千瓦時(shí),每天使用50只。日

7、光燈的成本為15元/只,LED節(jié)能燈100元/只。所以有以下對(duì)比。3.1 一年后的電費(fèi)對(duì)比1普通日光燈:365*15*0.06*1*50=16425元。2LED節(jié)能燈:365*15*0.012*1*50=3285元。3.2 兩年后的電費(fèi)對(duì)比1普通日光燈:16425*2=32850元。2LED節(jié)能燈:3285*2=6570元。3.3使用維修費(fèi)1普通日光燈:300元。2LED節(jié)能燈:0元。3.4總費(fèi)用對(duì)比1普通日光燈:32850+300+15*50=33900元。2LED節(jié)能燈:6570+100*50=11570元。綜上對(duì)比分析:不用一年的時(shí)間使用LED節(jié)能燈具代替普通日光燈就可以從節(jié)省的電能中回收成本;2年后節(jié)省的電費(fèi)大約是2萬元。4、單片機(jī)控制的LED節(jié)能燈的實(shí)現(xiàn)基于LED節(jié)能燈可以工作在高速狀態(tài)下,同時(shí)電流在達(dá)到一定范圍是亮度基本上沒有變化。根據(jù)這一特性可以用單片機(jī)產(chǎn)生PWM來控制LED的通斷,只要高低電平的時(shí)間足夠短,由于LED有亮變暗的過程需要一定時(shí)間,所以這樣光照的亮度基本上是不變化的,在這樣的情況下可以進(jìn)一步提高L