制作一个安全的儿童台灯(可用移动电源供电)

只看该作者 · 2019-6-3 22:15

[DIY]制作一个安全的儿童台灯(可用移动电源供电)

今天带大家制作一个安全的台灯，这个台灯不使用220V交流供电，而是低压5V-32V供电(甚至使用电池或移动电源供电)，因此对于小朋友是很安全的。另外，LED的发光也不会出现闪烁，因此灯下学习不会使眼睛疲劳。

说是台灯，其实根据它的特性，你还可以配上电池或移动电源，将其改造成野营灯，应急灯等。就看你的发挥了。

工作原理：

好了，废话不说了，先讲一些原理知识。LED又称为发光二极管，本质上是二极管，原理符号如下：

由于LED本质上是二极管，因此这里也一并讲了。二级管具有单向导电的特性，什么意思？看到二极管原理符号种实际上含有一个箭头了吗？这个箭头表明了二极管导通时电流的方向，因此也确定了二极管两端的极性：

有箭头那端，我们称为正极(阳极)，另一端称为负极(阴极)。在电子电路种，可统分为两类器件，无极性器件和有极性器件。有极性器件连接时必须注意极性，要将正极接到电压高的一端，负极接到电压低的一端，电流总是从电压高的一端流向电压低的一端。特别注意有极性器件不能接反，否则会损坏器件，甚至引起器件起火，爆炸。无极性器件的管脚则没有区别，你可以不用区分。显然，二极管就是一个有极性的器件。发光二极管也同样是一个有极性器件，我们连接时，要按照其极性连接，才能发光。

我们现在在来看看实物，LED的样子可谓多种多样，在某宝上是多不胜数。但大致也分为两类，一类是用于信号指示的LED(指示灯)，这类LED通过发光和不发光指示某种状态，我们常见的家用电器上的电源指示灯，或者路由器上的指示灯就属于这类。这类的LED其功率很小，一般工作电流4mA - 20mA不等。

另一类，就是用于照明的大功率LED了，这类就是我们今天的主角。这类的LED工作电流一般100mA - 十几A不等。由于功率很大，因此工作时需要有一定的散热措施，否则会减少LED的使用寿命。

另一点需要注意的是，由于LED具有二极管的特性，因此，当LED正常工作时，其两端的电压基本不变，维持在正向导通电压附近，此时，LED的亮度由流过LED的电流决定。因此，LED实际上是一个电流型器件。为避免过多的理论吓到各位，我就不解说二极管的伏安特性曲线了，大家记住这个结论就好。

那么，我们来总结一下前面的结论：

1 LED是有极性器件，需要按照极性使用直流电源驱动。

2 LED工作时需要散热，否则将减少LED的使用寿命。

3 LED导通时两端电压基本不再变化，此时通过调节电流控制亮度变化。

再增加一条：

4 LED工作在超过规定的电压或规定的电流状态时，都会缩短其寿命。

LED器件选择：

LED的优点是发光效率高，寿命长。一般来讲，LED的发光效率是节能灯的3-4倍，是白炽灯的10几倍。有人大致做了个对比如下：

1W LED = 3W 节能灯 = 15W 白炽灯

3W LED = 8W 节能灯 = 25W 白炽灯

4W LED = 11W 节能灯 = 40W 白炽灯

8W LED = 15W 节能灯 = 75W 白炽灯

12W LED = 20W 节能灯 = 100W 白炽灯

因此，对于台灯，我们选用3W或5W的LED足以，太亮对眼睛也是一种伤害。LED灯的颜色一般有两种，一种是冷白色(节能灯的灯光)，另一种是暖白色(白炽灯的灯光)。这两种看你的喜好了，不过给小孩读书的化，还是冷白色比较好。

通过上面的知识可知，高功率的LED工作时，必须要有良好的散热条件，市场上一般都是用铝基板来代替传统的PCB板，因此使用铝基板来散热再加上我们的台灯是个开放的结构，因此基本上散热不成问题。

下面去某宝选购即可，需要提醒大家的是，万能的某宝上既有单独的LED灯珠卖，也有空的铝基板卖，当然还有已经焊好灯珠的铝基板。我这里推荐大家买焊好的灯板，在某宝上使用关键字“LED灯板 5W”应该能够搜到很多。我大致看了下，应该常见有3种：

1 使用5730封装LED的

这种封装的LED每个150mA。1W需要2只LED，因此5W的灯板有10只LED，3W的灯板有6只LED。一般是将灯珠先串后并连接在一起。

2 使用单独1W LED灯珠的灯板：

这个LED灯珠，单独1个就是1W。所有灯珠串联。

3 使用6565或7171封装的LED灯珠

此LED灯珠也是1W一个。所有灯珠串联。

显然，第一种使用的LED灯珠偏多，但光分布均匀，不过对于3W，5W的灯板差别不大。第3种拆焊比较麻烦，将来更换灯珠有些麻烦。第2种似乎最优，不过看样子也属于老款了，不过，应该不会淘汰，自己焊接比较容易。LED灯无论宣称的寿命有多长，其实和使用情况有关系，LED灯珠本身很便宜，你可用买一批自己更换。当然，你也可以直接更换新的灯板。价钱差距不大。不过提醒一下，如果，灯珠损坏后，最好整个灯板上所有的灯珠不管好坏都一起更换，否则，新灯珠和旧的混用的化，也很快会坏的。

电源选取：

选好灯板后，就要选电源了。正常情况下，都是选用LED灯的专用电源，这种电源都是220V输入的，有隔离型和非隔离型两种，非隔离型尤其危险，其灯板都是带电的，不可触摸，必须使用在完全封闭的结构内。隔离型电源虽然已经和220V输入端隔离开，但一方面电源质量无法保证不漏电，另一方面，在接线上还要保证完全绝缘，后期的使用上也要避免小孩触碰220V电源端的插头，因此，我这里就没有采用这种传统的电源。

为了安全，我这里直接选用了一款可将3-32V直流电压升压到5-35V的电源模块，XL6009模块。我们应该知道，行业规定安全电压为不高于36V。因此，这个模块的最高输出电压也是小于安全电压的。

这个电源模块也非常便宜，某宝上也就3元左右。模块参数如下：

通过调节电位器可调节输出电压：

IN+, IN-为输入接口这里推荐5V输入，可根据需要焊上不同的电源接头。OUT+, OUT-为输出电压接口，接LED灯板的+/-接口。

5W台灯制作：

万事俱备，我们就可以接线了，这里需要一些焊接工作。在这里还需要决定一些电源输入接口使用什么样的接头，这要根据我们将来使用什么电源来决定，如果使用一些废旧路由器上的9V电源，就使用DC母头线：

如果想使用移动电源或是手机充电器的电源，或者带有USB接口的接线板，就可采用USB接口线：

根据你的需要决定吧。那么，整个连线按下图连接，不过，先不要焊接灯板。

图中，用电池代表输入电源，在焊接灯板之前，我们必须先调好电压，否则，电压过高会在上电时损毁灯板上的LED器件，而且，这个毁坏的过程也许快的连你调节的时间都没有。因此，必须先调好电压在连接(焊接灯板)。

调节输出电压，还有一个知识点，前面说过，LED实际上是二极管，作为电流器件，其工作时，两端的电压几乎不再变化。那么每个LED两端的电压是多少呢？通过LED参数可知：

对于白色LED灯珠，大概为3V左右。电流350mA左右。对于串联的LED电路：

如果每个LED的电压3V的话，那么对于5W灯板两端应该供给：3V * 5 = 15V电压。如果是3W的灯板，应供给：3V* 3=9V的电压。但是电流又该如何控制在350mA以下呢？正常情况下，我们应该再串接1个限流电阻，以保证电流不大于350mA，别忘了，过流和过压都会减少LED的寿命。如果串接一个电阻的话，还需增加器件，且需要精确计算电阻阻值。另一方案就是使用电流源模块，不过这样成本还会增加，很不划算了。因此，这里我们采用欠压限流的方法，就是让供给电压略小于正常的电压，从而保证灯板电流不会达到饱和状态。这里，我建议对于5W的灯板，先将电源模块的电源调到14.6V左右。然后接上灯板查看效果。应该也非常亮了，当然在灯板亮的情况下还可以略微再调节电压，但不可调过15V。要始终保持略微欠压的状态。此时的亮度也足以晃瞎你的双眼了，因此，不要长时间直视LED灯。

线路接好后，就可用装在台灯壳里了，至于台灯外壳，就看各位的手工活了。也可以直接买个现成的台灯外壳改造。也可以通饮料瓶自己改造啦。我的台灯成品如下：