第4章LED应急照明灯具课件.ppt

第第4 4章章 LED LED应急照明灯具应急照明灯具学习目标了解了解LED照明基础知识；照明基础知识；掌握掌握LED应急灯具的工作原理与常见电路故障的检修。应急灯具的工作原理与常见电路故障的检修。学习重点LED应急照明灯的工作原理与故障检修；应急照明灯的工作原理与故障检修；LED应急标志灯的工作原理与故障检修。应急标志灯的工作原理与故障检修。问题思考（1）LED照明灯的优势与应用场所有哪些？照明灯的优势与应用场所有哪些？（2）应急照明灯和应急标志灯的电路有何区别？）应急照明灯和应急标志灯的电路有何区别？（3）消防应急灯具常见故障处理方法有哪些）消防应急灯具常见故障处理方法有哪些？学习项目学习内容学习内容4.1 LED照明基础知识照明基础知识4.2 LED应急照明灯应急照明灯4.3 LED应急标志灯应急标志灯问题问题1 1 人为什么能看见物体？人为什么能看见物体？LEDLED照明有何优点？照明有何优点？ 外界物体发出或反射的光，经眼的折光系统，在眼底视网膜上形成物像，视网外界物体发出或反射的光，经眼的折光系统，在眼底视网膜上形成物像，视网膜感光细胞感受物像刺激，把光能转变成神经冲动传入视觉中枢，从而产生视觉。膜感光细胞感受物像刺激，把光能转变成神经冲动传入视觉中枢，从而产生视觉。 当给当给LED加上正向电压后，在加上正向电压后，在PN结附近数微米内，结附近数微米内，N区的电子和区的电子和P区的空穴复区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。合，产生自发辐射的荧光。LED照明是一种固体光源，具有节能、耐用等特点。照明是一种固体光源，具有节能、耐用等特点。4.1 LED照明基础知识照明基础知识光是什么？常用照明电光源有哪些？ 光是一种能量形态，它可以从光是一种能量形态，它可以从一种物体传播到另一种物体，其一种物体传播到另一种物体，其中无需任何媒介。通常将这种能中无需任何媒介。通常将这种能量传递方式称之为辐射，它从能量传递方式称之为辐射，它从能源出发沿直线向四面八方传播。源出发沿直线向四面八方传播。 光源根据发光原理不同，可以分成三类：辐射发光、光源根据发光原理不同，可以分成三类：辐射发光、气体放电发光和场致发光。与此对应，在照明设计中有气体放电发光和场致发光。与此对应，在照明设计中有三类光源。第一类为辐射光源：物体被加热（包括燃烧）三类光源。第一类为辐射光源：物体被加热（包括燃烧）而发光，如白炽灯、卤钨灯；第二类气体放电光源，可而发光，如白炽灯、卤钨灯；第二类气体放电光源，可分为低压放电光源（如荧光灯、低压钠灯）和高压放电分为低压放电光源（如荧光灯、低压钠灯）和高压放电光源（如水银蒸汽灯、金属卤化物灯和高压钠灯）。第光源（如水银蒸汽灯、金属卤化物灯和高压钠灯）。第三类为场致发光源，包括三类为场致发光源，包括LED灯和激光灯。灯和激光灯。问题问题2 有哪些常用照明电光源？各有何特点？有哪些常用照明电光源？各有何特点？（1）热致发光：白炽灯、卤素灯）热致发光：白炽灯、卤素灯白炽灯：显色性好（白炽灯：显色性好（100%)、价格便宜，但光效低、寿命价格便宜，但光效低、寿命短。主要用于居室、走道等短。主要用于居室、走道等照明。照明。卤素灯：与白炽灯类似，但卤素灯：与白炽灯类似，但光效和寿命比白炽灯提高一光效和寿命比白炽灯提高一倍。主要用于会议室、展厅倍。主要用于会议室、展厅等照明。等照明。（2）气体放电发光：荧光灯、低压钠灯）气体放电发光：荧光灯、低压钠灯荧光灯：光效高、寿命长、光色好，应用广泛；荧光灯：光效高、寿命长、光色好，应用广泛；比白炽灯节电比白炽灯节电7090%90%，寿命长，寿命长5 51010倍。倍。低压钠灯：光效高、寿命长、透雾性强，但显色低压钠灯：光效高、寿命长、透雾性强，但显色性差；主要用于隧道、港口性差；主要用于隧道、港口。常用照明电光源的特点及适用范围（3）高强度气体放电光源（）高强度气体放电光源（HID）：）：高压汞灯、高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯、陶瓷金属卤化物灯高压钠灯、金属卤化物灯、陶瓷金属卤化物灯高压汞灯：寿命长、成本低，高压汞灯：寿命长、成本低，用于道路、室内外工业、商业用于道路、室内外工业、商业照明等。照明等。高压钠灯：寿命长、光效高、高压钠灯：寿命长、光效高、透雾性强，用于道路、广场、透雾性强，用于道路、广场、工业照明等。工业照明等。金属卤化物灯：寿命长、光效金属卤化物灯：寿命长、光效高、显色性好，用于工业、城高、显色性好，用于工业、城市亮化工程、商业照明等。市亮化工程、商业照明等。陶瓷金属卤化物灯：性能优于陶瓷金属卤化物灯：性能优于金卤灯，用于商场、橱窗、街金卤灯，用于商场、橱窗、街道等照明。道等照明。（4）固体光源：高频无极灯、）固体光源：高频无极灯、LED灯灯高频无极灯：超长寿命（高频无极灯：超长寿命（8万小万小时）、无电极、低光衰、无频时）、无电极、低光衰、无频闪、显色性好，用于公共建筑、闪、显色性好，用于公共建筑、商店、遂道等。商店、遂道等。LED灯：高亮度点光源、有各灯：高亮度点光源、有各种颜色光、寿命长、耐冲击、种颜色光、寿命长、耐冲击、低压工作，用于交通信号灯、低压工作，用于交通信号灯、建筑轮廓照明、装饰照明、商建筑轮廓照明、装饰照明、商业照明等。业照明等。如何衡量照明光源的性能好坏？ 1.光通量光通量 定义：单位时间光源向空间发出使人产生光定义：单位时间光源向空间发出使人产生光感觉的能量。感觉的能量。 由于人眼对不同波长光的相对视见率不同，由于人眼对不同波长光的相对视见率不同，所以不同波长光的辐射功率相等时所以不同波长光的辐射功率相等时,其光通量并不其光通量并不相等。相等。 人眼对波长人眼对波长555nm的光线（黄绿光）最为敏的光线（黄绿光）最为敏感。感。 单位：流明（单位：流明（ lm），），光瓦（光瓦（1光瓦光瓦=683lm）。）。 2.发光效率（光效）发光效率（光效） 定义：光源发出的光通量与它消耗的电功率定义：光源发出的光通量与它消耗的电功率之比。之比。 单位：流明单位：流明/瓦（瓦（ lm/W）。）。例如，白炽灯一般为例如，白炽灯一般为1215lm/W，普通荧光灯一般为普通荧光灯一般为3060lm/W，高频荧光灯一高频荧光灯一般为般为7090lm/W，高压钠灯一般为高压钠灯一般为100120lm/W，LED灯一般为灯一般为6090lm/W整机发光效率取决于光源发光效率、灯具材料与结构。常用照明光源的光效与寿命对比三种常用家用灯泡性能对比及替换类别类别耗电量耗电量（W）光通量光通量（lm)发光效率发光效率(lm/W)寿命寿命（h）同等亮度下的替换标准同等亮度下的替换标准白炽灯白炽灯4047015100015W25W40W75W100W节能灯节能灯116276080003W8W11W15W20WLED灯灯5400100500001W3W4W8W12W什么是LED？LED为什么会发光？ LED是半导体二极管的一种，可是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。以把电能转化成光能。LED发光原理发光原理： 当给发光二极管加上正向电压后，当给发光二极管加上正向电压后，从从P区注入到区注入到N区的空穴和由区的空穴和由N区注入到区注入到P区的电子，在区的电子，在PN结附近数微米内，结附近数微米内，N区的电子和区的电子和P区的空穴进行复合，产生区的空穴进行复合，产生自发辐射的荧光。自发辐射的荧光。LED灯有什么特点？LED灯的应用前景如何？（1）节能：光率是白炽灯的节能：光率是白炽灯的8倍倍（2）发光方向性强，利用率高发光方向性强，利用率高（3）寿命长：可达寿命长：可达10万小时万小时（4）环保：不含有害物质环保：不含有害物质（5）色彩丰富色彩丰富（6）可控性好，方便亮度控制可控性好，方便亮度控制（7）反应速度快反应速度快 2017年全球LED照明市场的规模将会达到331亿美金，LED照明的渗透率将会达到52%。 同时，LED照明产品具备调光、调色的特点，能够在农业、健康保健、医疗领域推进LED的应用。 总之，如果将相关技术整合到LED照明产品上，使之成为一个平台，将会大大提高照明产品的附加值，能够达到拓展LED照明企业的业务空间。LED按芯片材质（发光颜色）分类及主要参数（正向电压、电流）LED按发光颜色可分为红、按发光颜色可分为红、绿、蓝、黄、白光绿、蓝、黄、白光5种。种。白光白光LED实现：实现：黄、蓝芯片一起封装；黄、蓝芯片一起封装；红、绿、蓝芯片一起封装红、绿、蓝芯片一起封装 按功率大小可以分为小功率（电流50mA)、中功率（电流50150mA）、大功率（电流150mA）。例如，大功率白光LED（比如CREE的XML-T6，单颗功率达10W、电压3.3V、电流3A）。 贴片封装0805、1206等小功率LED，电流10mA；贴片封装3014、3528、3535等小功率LED，电流为2050mA。 贴片封装5050、5060、5630等中功率LED，电流为50150mA。照明LED灯珠的常见类型及主要参数（正向电压、电流、功率）常用贴片常用贴片LEDLED型号及参数型号及参数LED的工作特性：正向截止区、工作区、反向截止区和击穿区OA段：正向截止段：正向截止AB段：工作区段：工作区OC段：反向截止段：反向截止CD段：反向击穿段：反向击穿LED灯具需要什么样的驱动电源呢？ LED的发光原理是在它两端加上（的发光原理是在它两端加上（23.5V）正向电压，使半导体中少数和多）正向电压，使半导体中少数和多数载流子发生复合，从而引起光子的发射，但消耗功率不能超出允许值。数载流子发生复合，从而引起光子的发射，但消耗功率不能超出允许值。 LED器件对驱动电源有特殊的电压电流要求，它不像普通白炽灯泡，可以直器件对驱动电源有特殊的电压电流要求，它不像普通白炽灯泡，可以直接连接接连接220V交流市电。交流市电。不同颜色的不同颜色的LEDLED的正向伏安特性不同：的正向伏安特性不同：红色、黄色、绿色、蓝色红色、黄色、绿色、蓝色LEDLED曲线曲线红色：红色：1.82.2V；黄色：；黄色：2.02.4V；绿色绿色2.53.2V；蓝色：蓝色：3.13.6V小功率小功率LED的工作电压、电流与外形尺寸的工作电压、电流与外形尺寸练习题练习题1 测量红色测量红色LED的工作电压与电流的工作电压与电流 练习题练习题2 测量黄色测量黄色LED的工作电压与电流的工作电压与电流 练习题练习题3 测量绿色测量绿色LED的工作电压与电流及消耗功率的工作电压与电流及消耗功率 问题问题3 白光白光LED应该如何驱动？应该如何驱动？ 为了满足不同输入电压、不同的输出电流以及不同的为了满足不同输入电压、不同的输出电流以及不同的LED数量要求，需要开数量要求，需要开发各种新型白光发各种新型白光LED驱动器。驱动器除可驱动白光驱动器。驱动器除可驱动白光LED外，也可以驱动蓝光外，也可以驱动蓝光LED或其他颜色的或其他颜色的LED。另外，驱动器具有输出电压稳定或者可编程恒流输出的特点另外，驱动器具有输出电压稳定或者可编程恒流输出的特点，故可作为稳压电源或可编程恒流源。，故可作为稳压电源或可编程恒流源。 白光白光LED有小功率（电流几十有小功率（电流几十mA）、）、中功率（电流几百中功率（电流几百mA）、）、大功率（电大功率（电流达流达1000mA及以上）及以上）。如大功率白光。如大功率白光LEDLED作为闪光灯来代替传统氙气闪光灯，不仅作为闪光灯来代替传统氙气闪光灯，不仅无需高压电路，而且减少电池能量消耗，节约空间。无需高压电路，而且减少电池能量消耗，节约空间。 LED驱动器可以驱动正向压降为驱动器可以驱动正向压降为3.04.3V的白光的白光LED，并可根据需要驱动串并可根据需要驱动串联、并联、串并联的多个白光联、并联、串并联的多个白光LED。具体要求：升压功能以适应低电压供电，各支。具体要求：升压功能以适应低电压供电，各支路电流分配均匀，路电流分配均匀，LEDLED最大电流可设置，功耗低，转换效率高，保护功能完善等。最大电流可设置，功耗低，转换效率高，保护功能完善等。LED灯具需要什么样的驱动电源呢？一、限流电阻方案（效率一、限流电阻方案（效率2050%50%） 按公式按公式I=I=（U-UU-UL L）/R/R，串联合适电阻，就能保证串联合适电阻，就能保证LEDLED按正常工作电流运行。按正常工作电流运行。 优点：简单、成本低；缺点：电流稳定度低、电优点：简单、成本低；缺点：电流稳定度低、电阻消耗功率，导致用电效率低。阻消耗功率，导致用电效率低。 LED灯珠的工作电流工作电流如下：1.对于小草帽形、贴片3528等0.06W小功率的约20mA，贴片3014小功率0.1W的约30mA；2.对于大草帽形、贴片2835、5050等0.2W中功率的约60mA；3.对于贴片2835、5630、5730、大芯5050等0.5W中功率的约150mA；4.对于单颗1W、5050透镜封装、模顶封装等约350mA；5.对于单颗3W的约1000mA；6.对于单颗5W的约1500mA；7.对于集成LED模组，则要看晶片的数量及其组合模式（几串几并）。 LED灯珠的功率限制：功率限制： 1.指示灯用的LED灯珠是5mA测试的，以绿光工作电压3V来说，是0.015瓦；2.小功率照明LED灯珠的测试电流是20mA，以白光3.2V工作电压算，是0.064瓦; 3.中功率照明LED灯珠较多的测试是150mA，以3.3V工作电压算，是0.495瓦; 4.大功率照明LED灯珠较多的测试是350mA，以3.3V工作电压算，是1.155瓦; 5.目前最大功率的市售单芯片LED灯珠可测试到1000mA，以3.3V工作电压计算,是3.3瓦。超过这个数字的就是LED集成模块或灯珠了，至少由两个以上的LED芯片组装的。LED灯具需要什么样的驱动电源呢？ 多只多只LED采用电阻限流的驱动方案采用电阻限流的驱动方案 当驱动当驱动LED数量较多时数量较多时,可采用先串联可采用先串联、再并联或者再串联的方案，但要求直再并联或者再串联的方案，但要求直流供电电压较高，必须大于流供电电压较高，必须大于LED导通电压之和导通电压之和。练习题练习题4 测量或计算多只红色测量或计算多只红色LED和绿色和绿色LED的工作电压与电流的工作电压与电流。LED灯具需要什么样的驱动电源呢？ 二、电容降压方案（效率二、电容降压方案（效率5070%70%） AC220VAC220V串联电容串联电容C C降压，使电路简化，通过串电阻降压，使电路简化，通过串电阻R R保证保证LEDLED按正常工作电流运按正常工作电流运行。优点：简单、成本低；缺点：电流稳定度低、用电效率低，仅适用小功率行。优点：简单、成本低；缺点：电流稳定度低、用电效率低，仅适用小功率LEDLED灯使用。灯使用。练习题练习题5 电容降压电容降压-电阻限流电阻限流LED驱动电路，驱动电路，测量或计算测量或计算LED的工作电压与工作电流。的工作电压与工作电流。LED灯具需要什么样的驱动电源呢？ 三、线性恒流驱动方案（效率三、线性恒流驱动方案（效率4060%60%） 用三端稳压器用三端稳压器( (如如LM337LM337，1 1端与端与3 3端之间电压恒定为端之间电压恒定为1.25V)1.25V)和串联电阻和串联电阻R R构成恒构成恒流电路，确保流电路，确保LEDLED恒流工作。电路简单，稳流精度高，需要直流供电，压差大时需要恒流工作。电路简单，稳流精度高，需要直流供电，压差大时需要加散热器，用电效率会降低，适用于中、大功率加散热器，用电效率会降低，适用于中、大功率LEDLED灯。灯。练习题练习题6 线性恒流驱动线性恒流驱动LED电路，电路，测量或计算测量或计算LED工作电压与电流。工作电压与电流。LED灯具电阻降压限流驱动电路设计串联电阻R降压限流电路（驱动单只LED）LED灯具电容（阻容）降压限流驱动电路设计AC220VAC220V串联电容串联电容C1C1降压限流电路（驱动降压限流电路（驱动4040只只LEDLED）恒流白光恒流白光LED驱动器驱动器LT3591应用电路应用电路可用可用3.6V锂电池供电，升锂电池供电，升压后可驱动压后可驱动10只白光只白光LED，工作电流为工作电流为20mA。调光调光控制端：电压为控制端：电压为1.5V，输，输出电流达最大；当电压降出电流达最大；当电压降到到50mV时，输出关闭。时，输出关闭。6路串联白光路串联白光LED驱动器驱动器MAX8790应用电路应用电路可用可用7-21V电压供电，升电压供电，升压后可驱动压后可驱动56只白光只白光LED，每路工作电流为每路工作电流为20mA。调光控制端：可以实现调光控制端：可以实现100：1的调光控制。的调光控制。LED楼道灯驱动电路设计220V交流电经电容交流电经电容C1、R1降压限流后在降压限流后在A、B两点的交流电压约为两点的交流电压约为15V，由，由VD1VD4进行整流，在进行整流，在C2上得到约上得到约14V的直流电压作为高亮度发光二极管的直流电压作为高亮度发光二极管VD5VD8的的工作电压，发光二极管的工作电流约为工作电压，发光二极管的工作电流约为14mA。由于电容。由于电容C1不消耗有功功率，泄放不消耗有功功率，泄放电阻电阻R1消耗的功率可忽略不计，因此整个电路的功耗约为消耗的功率可忽略不计，因此整个电路的功耗约为150.0140.2（W）。）。由光敏电阻由光敏电阻R2、R3和三极管和三极管VT1等组成光等组成光电控制电路，在夜晚光敏电阻电控制电路，在夜晚光敏电阻R2阻值可达阻值可达100K以上，这时以上，这时C2两端的电压经两端的电压经R2、R3分分压后提供给压后提供给VT1基极的直流偏置电压很小，基极的直流偏置电压很小，VT1截止，对发光二极管的工作没有任何影截止，对发光二极管的工作没有任何影响；白天时，由于光电效应的作用，响；白天时，由于光电效应的作用，R2的的阻值可减小到阻值可减小到1OK以下，这时以下，这时VT1导通，由导通，由于通过于通过C1的电流最大只能达到的电流最大只能达到15mA，由于，由于VT1的分流，的分流，C2上的电压可下降到上的电压可下降到4V以下，以下，使发光管处于不亮状态。使发光管处于不亮状态。三端稳压器的输出电压与输出电流三端稳压器的输出电压与输出电流78系列提高输出电压应用举例系列提高输出电压应用举例78系列和系列和79系列输出正负电压系列输出正负电压应用举例应用举例4.2 LED应急照明灯应急照明灯问题问题1 有哪些照明灯具类型？（复习回顾）有哪些照明灯具类型？（复习回顾）第一代第一代 白炽白炽灯灯 第二代第二代 荧光灯荧光灯 第三代第三代 高压钠灯高压钠灯 第四代第四代 节能灯节能灯 第五代第五代 LED灯灯LED照明具有节能高照明具有节能高效、使用寿命长效、使用寿命长非常适合做消防应急非常适合做消防应急灯！灯！(光效光效70lm/W、寿命寿命10000h)(光效光效70-130lm/W、寿命寿命24000h)(光效光效60lm/W、寿命寿命8000h)(光效光效50-200lm/W、寿命寿命60000h)(光效光效15lm/W、寿命寿命1000h)问题问题2 什么是消防应急灯具？（认知）什么是消防应急灯具？（认知） 根据根据消防应急灯具消防应急灯具新国家标准（新国家标准（GB17945-2010），消防应急灯具是指在火），消防应急灯具是指在火灾发生时，为人员疏散、消防作业提供标志和灾发生时，为人员疏散、消防作业提供标志和/或照明的各类灯具。或照明的各类灯具。 消防应急照明系统主要包括事故应急照明、应急出口标志及指示灯，是在发生消防应急照明系统主要包括事故应急照明、应急出口标志及指示灯，是在发生火灾时正常照明电源切断后，引导被困人员疏散或展开灭火救援行动而设置的。火灾时正常照明电源切断后，引导被困人员疏散或展开灭火救援行动而设置的。问题问题3 消防应急灯具有哪三种主要类型（按功能划分）？消防应急灯具有哪三种主要类型（按功能划分）？消防应急照明系统主要包括事故应急照明、应急出口标志及指示灯，是在发生火消防应急照明系统主要包括事故应急照明、应急出口标志及指示灯，是在发生火灾时正常照明电源切断后，引导被困人员疏散或展开灭火救援行动而设置的。按灾时正常照明电源切断后，引导被困人员疏散或展开灭火救援行动而设置的。按照电路功能或组成的不同，消防应急灯具主要有以下照电路功能或组成的不同，消防应急灯具主要有以下3种类型：种类型：LED应急照明灯应急照明灯LED应急标志和照明灯应急标志和照明灯LED应急标志灯应急标志灯 当发生火灾时，火灾现场的供电系统都是会被切断的，此时火灾现场可能就会漆当发生火灾时，火灾现场的供电系统都是会被切断的，此时火灾现场可能就会漆黑一片，火灾现场人员就不能快速的找到安全出口，而导致生命安全受到威胁。消防黑一片，火灾现场人员就不能快速的找到安全出口，而导致生命安全受到威胁。消防应急照明灯配有自带备用电池，当电源被切断以后，消防应急灯就会自动转到备用电应急照明灯配有自带备用电池，当电源被切断以后，消防应急灯就会自动转到备用电池状态然后继续提供照明。每个消防应急灯都需要根据国家消防设计规范，在池状态然后继续提供照明。每个消防应急灯都需要根据国家消防设计规范，在供电被供电被切断后还需保持切断后还需保持1.5小时的照明时间小时的照明时间。消防应急灯的作用消防应急灯的作用：是在火灾发生时且断电的情况下为火灾现场提供照明提供照明。消防应急灯的分类消防应急灯的分类 ）1主电由供电突然发生断电时，在主电由供电突然发生断电时，在2S秒内自动切换备用电源供电，进入应急状态。秒内自动切换备用电源供电，进入应急状态。当当AC220V市电恢复正常供电时，自动切换回对电池充电状态。市电恢复正常供电时，自动切换回对电池充电状态。2当当AC220V主电正常供电时，对电池进行恒流充电。充电时，红色和绿色指示主电正常供电时，对电池进行恒流充电。充电时，红色和绿色指示灯亮，充满时，红色指示灯熄灭；绿色指示灯显示主电状态，市电正常接入即点灯亮，充满时，红色指示灯熄灭；绿色指示灯显示主电状态，市电正常接入即点亮。亮。3故障检测功能：如电池保险丝断或接触不良，或内部控制电路不正常，内置的故障检测功能：如电池保险丝断或接触不良，或内部控制电路不正常，内置的自检电路将自动点亮黄色指示灯。自检电路将自动点亮黄色指示灯。4过放电保护功能：电池电压放电到额定电压的过放电保护功能：电池电压放电到额定电压的80%时，电子开关立即切断放电时，电子开关立即切断放电回路，可确保电池的长寿命。回路，可确保电池的长寿命。5试验按钮功能（可选）：按下试验按钮等同于切断外部电源，用于模拟停电状试验按钮功能（可选）：按下试验按钮等同于切断外部电源，用于模拟停电状态试验。态试验。消防应急灯具的主要技术指标消防应急灯具的主要技术指标1应急工作时间应不小于应急工作时间应不小于90min 。2具有主电、充电、故障状态指示功能。具有主电、充电、故障状态指示功能。3具有过充电保护和充电回路短路保护功能。具有过充电保护和充电回路短路保护功能。4. 具有过放电保护功能。具有过放电保护功能。5在主电电压为在主电电压为187242V范围内，不应转入应急状态。范围内，不应转入应急状态。6金属壳体的绝缘电阻要求。金属壳体的绝缘电阻要求。7金属壳体的抗电强度要求。金属壳体的抗电强度要求。问题问题4 LED消防应急照明灯的电路组成与功能有哪些？消防应急照明灯的电路组成与功能有哪些？RH-311（LED）应急照明灯内部结构应急照明灯内部结构提问：应急灯的组成与作用？提问：应急灯的组成与作用？ LED应急照明灯的作用？应急照明灯的作用？LED应急照明应急照明灯主要由哪些电路组成？灯主要由哪些电路组成？RH311应急照明灯组成框图应急照明灯组成框图变压器T1降压AC220V整流滤波AC8V9V应急控制应急照明镍氢充电电池组充电控制9V状态指示提问提问:为什么要使用变压器？为什么要使用变压器？工频电源变压器的作用是什么？电源变压器的工作特性、主要指标有哪些工频电源变压器的作用是什么？电源变压器的工作特性、主要指标有哪些？（一）降压变压器（一）降压变压器主要指标：输入输出电压、功率主要指标：输入输出电压、功率（二）桥式整流的滤波电容（二）桥式整流的滤波电容峰值电压（11.3V）时，电容储能最大，为m ax81 .4 1 41 1 .3UV2maxmax10.511.3 11.363.8( )2WCUC J若要求输出电压纹波不大于5%，11.3V下降5%为10.7V，则电容在电压最低点时的储能为2minmin10.510.710.757.4( )2WCUC J每半个周期，充电电池从电容上取得的能量，为6 3 .85 7 .46 .4b a tUCCC每个正弦半周期（10ms)，3.6V充电电流0.03A的电池从电容吸收能量，为3.60.0300.0106.4VC电容为1 6 9CF（三）整流滤波电路（变压器三）整流滤波电路（变压器降压、桥式整流、电容滤波降压、桥式整流、电容滤波）整流输出整流输出练习练习1 仿真或计算输出电压仿真或计算输出电压 （四）常用充电电池的工作电压（四）常用充电电池的工作电压 充电电池是充电次数有限的电池，配合充电器使用，充电次数2001000次。充电电池的好处是经济环保、电量足、适合大功率、长时间使用的电器。目前常用充电电池有：铅酸电池(LA)、镉镍电池(NiCd)、镍氢电池(NiMH)、锂离子电池(Li-ion)、锂聚合物电池（Li-polymer）等。 铅酸蓄电池的电解液为一定浓度的硫酸溶液，极板间的电动势约电动势约2V。 镍镉电池的电解液通常用氢氧化钾溶液，电池的开路电压为开路电压为1.2V。 镍氢电池的电解液氢氧化钾溶液，电池的开路电压为开路电压为1.2V。 锂离子电池的电解液为有机溶剂，其开路电压为开路电压为3.7V。 锂聚合物电池是锂离子电池的改良型，没有电池液，改用聚合物电解质，比离子电池稳定，无电池漏液问题，其开路电压为开路电压为3.7V。（五）镍氢电池充电方法（五）镍氢电池充电方法镍氢电池的电压和温度的充电变化过程，如镍氢电池的电压和温度的充电变化过程，如图所示。图所示。 为避免过充电，可采用小电流为避免过充电，可采用小电流C/10（C为电为电池额定容量，如池额定容量，如C=600mAh）来充电，充电时）来充电，充电时间要间要10h以上。以上。如C=1000mAh，则0.05C5A表示0.05倍电池容量电流，即50mA；C5表示具有5h连续放电的电池。 镍氢电池的记忆效应虽然小，最好还是每次使用完再充电，并且是一次性充满，不要镍氢电池的记忆效应虽然小，最好还是每次使用完再充电，并且是一次性充满，不要充一会用一会然后再充。这是充一会用一会然后再充。这是“延年益寿延年益寿”的重要一点。的重要一点。镍氢电池存放几个月后，会进入一种镍氢电池存放几个月后，会进入一种“休眠休眠”状态，电池寿命大大降低。如果镍氢电状态，电池寿命大大降低。如果镍氢电池已经放置了很长时间，建议先用慢充进行充电为宜。一般镍氢电池在充电前，电压池已经放置了很长时间，建议先用慢充进行充电为宜。一般镍氢电池在充电前，电压是在是在1.2V1.2V以下，充满后正常电压在以下，充满后正常电压在1.4V1.4V左右。以此可以判断电池是否已经充满。左右。以此可以判断电池是否已经充满。（六）镍氢电池充电电路（六）镍氢电池充电电路 电池充电时，充电电流为（）电池充电时，充电电流为（）/150=31mA；此时，；此时，Q4处于微弱导通，处于微弱导通，充电指示灯充电指示灯D11点亮。点亮。当电池充满时，当电池充满时， 充电电流变为（充电电流变为（9-0.7-4.2)/150=27mA，此时，此时，Q4饱和导通，使充电指示灯饱和导通，使充电指示灯D11熄灭熄灭。练习练习2 仿真并计算电池充电电流仿真并计算电池充电电流什么是电池？什么是电池？有哪些电池类型？有哪些电池类型？锂电池的充电的充电要求：锂电池的充电的充电要求：一般经历预充电（小电流恒流）、恒定电流充电、恒定一般经历预充电（小电流恒流）、恒定电流充电、恒定电压充电、充电终止阶段（定时、最小电流检测）。电压充电、充电终止阶段（定时、最小电流检测）。锂电池快速充电（预充、恒流充电、脉冲充电）锂电池快速充电（预充、恒流充电、脉冲充电）锂电池充电电路锂电池充电电路（七）（七）LED应急灯状态指示电路应急灯状态指示电路当当AC220V电压正常时，电压正常时，9V电压经电压经R1和和Rx，点亮主电指示灯，点亮主电指示灯D10；电池充电时，电池充电时，Q4处处于微弱导通，充电指示灯于微弱导通，充电指示灯D11点亮；点亮；当电池充电回路发生开路故障，当电池充电回路发生开路故障， 9V电压经电压经D9和和R12，点亮故障指示灯点亮故障指示灯D12。练习练习3 仿真或计算仿真或计算LED指示电路的工作电压与电流指示电路的工作电压与电流（八）应急切换与照明电路（八）应急切换与照明电路 当当AC220V电压正常时，电压正常时，9V电压经电压经R1和和D6，使，使D5的负的负极电位比正极高而截止，进而极电位比正极高而截止，进而使使Q2截止，电池处于充电状态截止，电池处于充电状态；当主电突然断电，当主电突然断电，C2由于原来由于原来充了电，继续使充了电，继续使Q1导通，进而导通，进而使使D5、Q2导通，电池通过导通，电池通过Q2向向LED供电供电，点亮应急照顾明点亮应急照顾明灯；同时，通过灯；同时，通过D8、R5保持保持Q1导通状态。导通状态。应急时，应急时，电池供电，电池供电，LED照明照明应急照明电路应急照明电路整流滤波RH-311型应急照明型应急照明 灯灯(3块电路板）块电路板）工作状态指示应急切换控制应急照明 LED应急标志灯是指用于火灾时人员安全疏散时有指示作用的标志灯具。设置应急标志灯是指用于火灾时人员安全疏散时有指示作用的标志灯具。设置在疏散走道、楼梯间、防烟前室、公共活动场所等部位的火灾疏散指明方向的照在疏散走道、楼梯间、防烟前室、公共活动场所等部位的火灾疏散指明方向的照明灯具。明灯具。4.3 LED应急标志灯应急标志灯一、一、RH-201型应急标志灯型应急标志灯（一）组成框图（一）组成框图半波整流滤波AC220V开关电源应急控制充电电池组欠压过流保护始终点亮始终点亮LED：（1）正常：主电点亮LED；（2）应急：电池点亮LED。充电控制应急标志照明状态指示（二）开关（稳压）电源（二）开关（稳压）电源线性电源：调整管工作在线性状态开关电源：调整管工作在开关状态1. 开关电源的组成开关电源的组成（1）将AC220V直接整流滤波，得到DC300V；（2）PWM控制器控制开关管工作在开关状态，将直流电压转换为交流电压，加到开关变压器的初级绕组；（3）从变压器次级输出变化后的脉冲电压，再经高频整流滤波得到稳定直流电压。2. 开关电源工作原理（输出电压与脉宽关系）开关电源工作原理（输出电压与脉宽关系）输出电压输出电压U0取决开关管取决开关管VT1的的基级脉冲的宽度！基级脉冲的宽度！tUotUi3.自激式开关电源核心电路（自激式开关电源核心电路（DC/AC/DC变换）变换）（1）U1经起动电阻经起动电阻R1，使使VT1导通。导通。（2）L2、R2、C1正反馈电路，使正反馈电路，使VT1饱和；随着饱和；随着C1充电，电流下降，正反充电，电流下降，正反馈使馈使VT1截止。截止。（3）VT1截止后，截止后，U1经经R1对对C1充电，充电，使使VT1基极电压上升，直至基极电压上升，直至VT1再次，再次，如此循环，将直流电变为交流电。如此循环，将直流电变为交流电。（4）在在VT1截止时，截止时，L3的感应电压，的感应电压，经经VD1整流、整流、C2滤波，输出直流电压。滤波，输出直流电压。4. 简单开关电源（稳压精度不够，低成本）简单开关电源（稳压精度不够，低成本）（1）电路组成电路组成：D1半波整流半波整流，C1滤波；滤波；R1为起动电阻；为起动电阻；L2、R3、C4为正反馈电路；为正反馈电路；R4、D5、V2构成过构成过流保护电路；流保护电路；L2、C3、D3构成过压电路。构成过压电路。L2、D4、C3和和D3构成限制构成限制V1导通时间（限制输出电压）。导通时间（限制输出电压）。D2、R2、C2构成能量释放回路，避免构成能量释放回路，避免V1过压击穿。过压击穿。R5、D7为输出电压指示电路。为输出电压指示电路。（2）工作过程工作过程：经：经R1起动起动V1导通；经导通；经L2、C4、R3使使V1饱和与截饱和与截止，如此循环；止，如此循环；R4、D5、V2起过流保护；起过流保护；C3、D3起过压保护，起过压保护，限制限制V1导通时间（限制导通时间（限制输出电压）；输出电压）；D2、R2、C2构成能量释放回路，构成能量释放回路，避免避免V1过压击穿。过压击穿。R5、D7起输出电压指示。起输出电压指示。提问：（1）R1作用；（2）R4、V2作用；（3）L2作用。（三）（三）RH-201灯的开关电源灯的开关电源半波整流逆变电路（DC/AC）1.欠压保护电路欠压保护电路 当主电低于187V时（欠压），Q1截止，Q3饱和导通，使Q4截止，逆变电路停止工作；此时Q2导通，提供负载电流，避免C1两端因为没有负载而使电压过高。 当主电正常时，Q1饱和导通，使Q2和Q3均截止，不影响开关电源工作。2.过流保护电路过流保护电路 当负载过流时，在R12上压降使Q5饱和导通，使Q4截止，逆变电路停止工作。3.过压保护（稳压控制）电路过压保护（稳压控制）电路 当负载过压时，C3两端充电电压很高，该负电压经L2、C9、R11使Q4基极降低，使Q4提前截止，从而限制输出电压。练习练习1 RH-201标志灯开关电源电路仿真标志灯开关电源电路仿真（四）电池充电与失电（应急）控制（四）电池充电与失电（应急）控制（1）主电正常工作：由主电供电标志照明，电池充电。主电正常工作：由主电供电标志照明，电池充电。（2）电池充电控制电池充电控制: 当单只电池电压低于当单只电池电压低于1.2V或充满或充满(达到达到1.4V)后，涓流充电后，涓流充电。当电池电压。当电池电压(单只电压位于单只电压位于1.21.4V)1.4V)正常时，恒流充电。正常时，恒流充电。（3）应急工作状态：主电突然失电应急工作状态：主电突然失电，自动切换电池供电自动切换电池供电, 进入应急状态。进入应急状态。（4）测试工作状态：按下试验按钮期间，模拟主电断电的应急控制功能。测试工作状态：按下试验按钮期间，模拟主电断电的应急控制功能。1.双运放双运放LM358：可作信号放大器，也可作电压比较器可作信号放大器，也可作电压比较器LM358内部有两个独立的、高增益、内部频率补偿的内部有两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算运算放大器放大器，适合于单电源电压（，适合于单电源电压（+3+32V）使用，也适用于使用，也适用于双电源双电源（1.516V）工作模式。可作信号放大，大小）工作模式。可作信号放大，大小比较，精密整流，阻抗变换，滤波，电压信号变电流信号，比较，精密整流，阻抗变换，滤波，电压信号变电流信号，电流信号变电压信号，电压信号变成频率信号，频率信号电流信号变电压信号，电压信号变成频率信号，频率信号变电压信号。变电压信号。LM358作比较器：作比较器：比较比较2个输入电压的大小个输入电压的大小 电压比较器的功能电压比较器的功能, 比较两个电压的大小：比较两个电压的大小： 当”输入端电压高于”输入端时，电压比较器输出为高电平； 当”输入端电压低于”输入端时，电压比较器输出为低电平。练习练习2 LM358作电压比较器的仿真作电压比较器的仿真2.主电正常、电池恒流充电电路主电正常、电池恒流充电电路LED照明 主电正常，由D17、R18向LED供电；Q6导通，主电VD2点亮，Q8基极比发射级电位低于0.7V而截止，N1第7脚高电平使Q7导通，充电VD1点亮，给电池充电。3.主电正常、充电完成后的涓流充电电路主电正