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案例30
家庭LED节能灯具的选用

1.概述

LED即半导体发光二极管,LED节能灯是用高亮度白色发光二极管发光源,光效高、耗电少,寿命长、易控制、免维护、安全环保;是新一代固体冷光源,光色柔和、艳丽、丰富多彩、低损耗、低能耗,绿色环保,适用于家庭、商场、银行、医院、宾馆、饭店等各种公共场所长时间照明。

目前,家庭用LED灯的用途较广,可以大幅度节约电能。比如家庭用来打背景墙的射灯就是开始采用LED灯。

目前用量最多的主要是替代传统卤素射灯的LED射灯(见图2-45)和替代普通筒灯的LED筒灯,卤素射灯就是俗称的射灯,天花灯,家庭装修一般用来对背景墙,装饰画起重点照明展示的。

由于卤素射灯采用的卤素灯泡,一般卤素有35W、50W,发热量大,也比较费电,加上LED产品现在在光效和照度都能达到要求,所以越来越多的家庭用户选择了LED射灯(见图2-46)。

图2-45 LED射灯应用

图2-46 LED射灯外观

2.LED节能灯的种类

LED节能灯品种丰富,市面上基本由三类。

一类:由草帽型小功率LED制成的LED节能灯,电源采用阻容降压电路。草帽型LED延用指示灯LED的封装形式,环氧树脂封装,使得LED芯片无法将热量散出,光衰严重,很多白光LED,在使用一段时间后,色温变高,渐渐成偏蓝色,变得昏暗。也有厂家致力于开发低光衰的草帽型LED,但是由于没有改变封装形式,光衰依然没有大的改观。这类LED节能灯产品,为过渡性产品,价格低、质量较差。

二类:由3528或5050贴片中小功率LED制成的LED节能灯,电源也普遍采用阻容降压电路,也有部分厂家采用恒流电路,相比草帽型LED,贴片LED散热稍好,有导热基板,在配合铝基板,能将一部分热量导出。但是由于还是忽视的LED的热量,很多中功率贴片LED节能灯,没有散热器,依旧使用塑料外壳,光衰依然严重。采用阻容降压低端电源,因电网电压不稳,电流有波动,亮度也有波动,价格适中,质量稍好。

三类:由大功率贴片LED制成的LED节能灯,电源普遍采用恒流隔离电路,即有一个恒定的电流,如5W的LED,通常采用5片1W的LED芯片串联,采用恒流300mA的电流源供电,宽电压电源,即使电网波动时,电流也没有改变,光通量即亮度维持恒定,5片贴片LED焊接在铝基板之上,铝基板再结合于散热器上,使用热量能够及时快速的散去,保证LED芯片温度低于LED允许结温,从而保证LED节能灯的真实有效寿命。这类LED灯价格高、质量好,也是LED节能灯的发展方向。

一个好的LED节能灯,应该由四部分组成:优质的LED芯片、恒流隔离电源、相对灯具功率的合适的散热器、光扩散效果柔和不见点光源的灯罩。

3.LED节能灯的特点

1)高效节能:以相同亮度比较,3W的LED节能灯333h耗1kW·h电,而普通60W白炽灯17h耗1kW·h电,普通5W节能灯200h耗1kW·h电。

2)超长寿命:半导体芯片发光,无灯丝、无玻璃泡、不怕振动、不易破碎,使用寿命可达五万小时(普通白炽灯使用寿命仅有一千小时,普通节能灯使用寿命最多也只有八千小时)。

3)健康:光线健康光线中含紫外线和红外线少,产生辐射少(普通灯光线中含有紫外线和红外线)。

4)光效率高。市面上的单颗大功率LED也已经突破100lm/W,制成的LED节能灯,由于电源效率损耗,灯罩的光通损耗,实际光效在60lm/W,而白炽灯仅为15lm/W左右,质量好的节能灯在60lm/W左右,所以总体来说,LED节能灯光效与普通节能灯持平或略优。 7QObsXSeKifZmYvnRa0+xKojjESjqvuOlDDHaEbTtRGuczIbNauZeEBkxQyjit8A



案例31
智能节电插座的设计

1.概述

计算机外部设备(如打印机、扫描仪、音响等)的待机能耗不但增加了消费者的日常电费开支,也使电力资源浪费极大。智能节能插座可以利用主机的开机和关机来带动其他设备的开或关,使其接口设备待机能耗为零,能够减少计算机及其外设所产生的辐射,以此达到节能和环保功效;同时还具备有分段定时开关的功能。

2.硬件设计

智能节能插座的硬件结构图如图2-47所示。该控制器以AVR mega 48为控制核心,外围电路主要由电流采样电路、模/数转换参考电压电路、状态显示电路、键盘输入电路和实时时钟构成。电流采样电路用于检测计算机的运行状态和过电流保护;数/模转换参考电压电路为电流的采样提供参考;状态显示电路表明插座当前的运行状态;键盘输入实现普通插座与智能插座的切换、设置待机临界电流值、设置分段开关的时间点。计算机主机运行状态通过主机接口的电流互感器检测,过电流保护通过另一互感器检测,当电流大于额定电流一定时间时切断受控插座的电源,对外设起到保护作用。由于互感器的感应电流较小,在数/模转换过程用对参考电压的要求较高,该设计采用带隙恒压源TL431作为A/D转换的参考电压。不同的计算机主机的待机电流可能不同,因此通过外部键盘可以采样待机电流为临界值,同时可以设置插座作为普通插座使用;RTC时钟由PCF8563构成。

图2-47 智能节能插座的硬件结构

其中电流采样电路的设计采用电流型电流互感器采样交流电流,一路采样主机接口电流实现开关控制,另一路采样受控接口电流实现过电流保护,(见图2-48)。电流互感器的输出信号经过I-V变换后用AVR mega 48采样,根据互感器的变比系数可以计算出电流的有效值。I-V变换的输出电压经过比较器后,若达到过电流极限(如设定为10A)则触发外部中断,经过中断程序处理判断是否达到过电流值并执行过电流保护动作。

在智能节电插座中,受控插座的通断是由继电器控制的,可采用线圈侧电压为5V的继电器,用S8050驱动继电器。AVR Mega 48具有较强的I/O驱动能力, R 6 起到限流作用;下拉电阻 R 7 可以避免继电器误动作;VD 1 为继电器断开时提供放电回路,如图2-49所示。

图2-48 电流采样和过电流保护电路

图2-49 继电器驱动电路

键盘电路采用单按键的输入方式,用于设定普通插座和智能插座的功能转换和需要定时开关时的时间设定。在程序运行过程中,通过定时中断检测是否有按键按下。当功能键按下不超过10s时进入定时开关模式,并通过加减按键设定定时开关的时间;当功能键按下超过10s时切换为普通插座使用,若在需要切换为智能插座,则执行相同的操作。设定的参数和模式保存在AVR Mega 48的E 2 PROM中。实时时钟电路为定时开关提供精确的时间。用CR2025镍氢纽扣电池作为PCF8563的后备电池,如图2-50所示。

图2-50 实时时钟电路

由于不同的计算机等设备待机电流大小不一样,因此在使用前需采样主机的待机电流。首先将主机进入待机模式,通过模式按键进入中断后采样此时的电流,并存入E 2 PROM中。

智能节能插座,具有智能节能和定时开关功能,也可作为普通插座使用。经过测试,系统显示出了良好的控制效果,不仅使计算机外设的待机功率降为零,同时也起到了保护外设的作用。

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