工程師吳畏 發表於 2018-09-13 15:13:00
最近一段時間忽然對LED照明著了迷，結合自身的工作經歷及對周邊環境的感知，一元近日曾發表了著名的預言：「未來十年，有兩個產業是最具活力的，一個是光轉電，一個是電轉光！」
光轉電，就是太陽能光伏發電系統;電轉光，即LED（發光二級管）。這兩個行業現在所爆發出來的能量，就好比石縫下的種子發芽，即使是泰山壓頂，也能破石而出，茁壯成長。大家必將感受到這兩個行業的發展給我們的生活帶來的巨大變化。
一元自從迷上LED，就跟著了魔一樣，趴在電腦前不分日夜地看了一周多，除了對這個技術本身興趣濃厚外，主要是想找一個合適的突破口，適時地切入這個行業。很可惜，突破口到現在還沒找到，為了向領導證明我這段時間的不正常是有理由，有成果的，一元決定自己動手做一個LED檯燈，作為老婆大人即將到來的生日的獻禮。
DIY LED檯燈，設計技術要求：
1） 明亮，要能比家裡那盞現用的60W的調光檯燈亮;
2） 節能，LED據稱光效是白熾燈的4-8倍，也就是達到同樣照度的情況下，功率不能超過15W;
3） 低成本，咱是DIY，網上看到一盞滿意的12W檯燈，居然要568塊，NND錢是越來越不值錢了。成本目標：100元以下搞掂。
經過一周的思考，比較，到處找貨，終於把原材料和工器具準備齊全。上圖。
材料：萬用表、捲尺、鉗子、扳手、十字螺絲刀、測電筆、絕緣膠。
這塊表跟了俺16年了。心愛之物。
扳手是幹啥的？答：鋁合金型材成型的，用老虎鉗會在鋁型材上留下痕跡。講究的話還得在扳手的口上墊張厚紙板。
電烙鐵、松香、焊錫絲、小鑷子。
新添置的微型電鑽套裝，很好用。很喜歡。一套5支鑽頭，還有幾種不同的小砂輪。是居家旅行、小家電製作必備之利器。
鋸子，銼刀
鋁合金型材。50×25×682mm。
主角上場啦！LED燈珠。選了1W的大功率的。用於照明的LED燈珠現在有很多種，為什麼選這鐘？這是個很複雜的問題。實際上現在產業界對於選用多大功率的燈珠來組成各種照明系統也是一個一直爭論不休的問題，並且都各自利用自己的理論形成了產品系列。反正我就這麼選了。
既然是主角，就一定要來個特寫。中間的金線清晰可見。我的鏡頭夠犀利吧？！：）
這個LED是正白光的。
哎！就這一句話，又是很複雜的一個問題。（以下略去一萬一千字），總之，照明LED分正白光、暖白光（當然還有其它顏色，家用普通照明以這兩種為主），基本與我們平時的螢光燈、白熾燈所發光的顏色差不多。
不過這個主角沒選好，封裝的樹脂上有個氣泡。
鋁基板。
導熱矽脂。
這個很重要，雖然用量非常小。還有熱縮管，黑黑的，就不拍照片上來了。這個管子受熱後能收縮，可以很好地起到絕緣保護、緊固的作用。
雙路開關。
驅動電源。
這個等於是LED燈的心臟，其重要程度不言而喻。LED實際上是個二極體，對外部驅動電路有著比較高的要求。如果驅動電源做得不好，對LED的壽命、輸出特性等影響非常大。事實上驅動電源是目前制約LED燈壽命周期的瓶頸，驅動電源損壞導致整燈故障的比例極高。但是普通消費者在使用LED燈的時候，只知道燈不亮了，並不一定都能準確地區分是電源壞了還是燈珠壞了。
一元花了很多時間來了解驅動電源的市場情況和技術趨勢，發現市面上現行的大部分驅動電源都存在各種各類的問題，比如電路結構問題、元器件質量問題、製造工藝問題等。導致這些問題的主要原因，一是成本，二是生產批量。
驅動電源根據其電路結構分為隔離和非隔離兩種，一元經過認真考慮，選擇了隔離電路結構。從製造成本上說，隔離式顯然要高不少，但是相對更安全。
無論隔離還是非隔離，從技術上說，絕大部分都採用已成熟的電路技術，換句話說，是比較老的技術，至少給我的感覺是與LED燈技術新銳節能先鋒的身份不匹配。比如其輸入部分，幾乎都採用了橋式整流，當然簡單可靠成熟低成本，但是這個電路的功率因素偏低，如果大批量應用，會對電網造成諧波幹擾，並不是那麼「綠色」。
一元自信，如果我自己來設計一款驅動電路，會比現在市面上可見的大部分產品都好。但是肯定賣不出去，成本太高。
既要便宜又要好，確實是難辦。市場自己作出了一個選擇，在成本和品質之間找到了一個平衡點。不過我覺得這個平衡點有點太過偏向於成本了，希望今後能夠主動向品質這邊轉移。
討論了這麼多，最終我還是選擇了一款成品驅動電路，看器件和工藝，還行。
東西都備齊了，該幹活了。
我的想法是這樣，把鋁合金方管加工後通過兩次摺疊，實現燈座、燈臂和燈頭一體化，鋁合金既是結構支撐件，燈珠、開關等均直接安裝在其上;又是隱蔽件，所有的走線均從內部走;同時也是散熱片，以保證LED燈珠不會因過熱而死燈。
說得簡單，實施起來還真不容易。為保證一次成功，我在紙上畫了幾張草圖並不斷修改，各部分的尺寸均精確計算。比如總長度，因為我從梅林買來的鋁合金只有這一根，要是弄壞了就得再跑一趟，這是我極其不願意看到的。
劃線、鋸、銼、鑽。累滴偶腰都直不起來了。
俺不是鉗工，所以幹出來的活兒真是寒慘，拿不出手。
當然俺連電工也不是。俺也不知道俺是幹嘛的。
開方孔，金加工裡有個術語「排孔」，可不是這麼好排的。
焊接。
燈珠焊在鋁基板上，中間要塗導熱矽脂，燈珠要分正負極。 燈珠的焊接要求比較高，理論上，焊接溫度不能超過250℃，焊接時間不能超過3S，否則可能導致燈珠的損壞。俺的焊接技術還是不錯滴，全部一次焊接完成，焊點圓潤飽滿。經檢測，無一損壞。
這是焊接好的燈珠。下面墊的是施工草圖。
安裝。
所有的接線都已完成，上電測試通過。
所有的導線連接均採用焊接，外套熱縮管，以保證用電的安全性。因為鋁是導電性非常好的金屬，如果因對帶電部分防護不好導致漏電觸電就麻煩了。一元很小心，知道後果的嚴重性，不會拿自己和家人的生命來開玩笑。
交流帶電部分的焊接均用了雙層熱縮管保護。電源開關的高度是19mm，鋁型材內高22mm，理論上是安全的，但是一元不放心，把開關的銅接腳銼掉2mm多，熱縮管保護，並在開關下方的鋁型材表面貼了兩層絕緣膠帶，以保證可靠絕緣。
成型了
上電測試。
各項功能完好。其實也沒什麼功能，無非就是分級的亮度控制。
K1 ON，K2 OFF，中間5個燈珠亮，為Ⅰ檔，低亮;
K1 OFF，K2 ON，兩邊10個燈珠亮，為Ⅱ檔，中亮;
K1 ON，K2 ON，所有15個燈珠亮，為Ⅲ檔，高亮。
Ⅰ檔照度效果
Ⅱ檔照度效果。經過實際對比，比現在家裡那盞60W的白熾燈檯燈要亮。
Ⅲ檔照度效果。
總結：
1）燈珠有偏色。圖片上可以看出來，是偏青的。這絕對和燈珠的封裝有關。現在市面上的所謂正白光的燈珠，基本上是採用藍光LED外覆黃色螢光粉，來達到出白光的效果。如果封裝工藝不穩定，必然導致偏色。
我甚至懷疑電子市場的那個老闆賣給我的LED是次品。
撇開偏色不說，就是這麼個正白光，說實話，看久了眼睛還是不舒服的。一是未加散射罩，刺眼，二是人類在進化的過程總，實際上眼睛更適應的是日光光譜成分的光。
我準備過幾天去換一批好點的暖白光的燈珠來試試。
2）鋁基板表面塗覆為黑色，這顯然不合理。首先它會吸收相當大一部分光，導致燈珠的輸出未能充分利用;另外吸光會發熱，也許並不是很多熱量，但理論如此，當是沒錯的。
鋁基板的絕緣設計有待提高，焊接時容易出現對地短路。
3）燈頭對水平線仰角30度，因施工水平比較差，實際仰角接近40度。經過實際使用情況看，顯然仰角過大了，比較合理的是燈珠內藏，水平燈頭，以防晃眼睛。如果下次再有機會做第二盞檯燈，當會注意。
全文完。謝謝大家！
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