曹云
长虹美菱股份有限公司，安徽省合肥市，230601
摘要：近年来，随着我国对节能减排的大力提倡，对电器的优化设计，也成为了相关领域人员迫在眉睫的研究工作。LED照明灯是冰箱的重要组成部分，主要承担的是为冰箱提供照明的功能。本文对冰箱用LED照明灯的设计展开分析，以期为相关工作人员提供参考。
关键词：冰箱；LED照明灯；设计分析。
引言：
LED，即Light Emitting Diode，指的是一种能够实现电能向光能的转化的固态半导体元件，也可称为发光二极管。LED的关键组成部分，是一个由环氧树脂封装的半导体晶片，由P型半导体与N型半导体组成，其中，P型半导体的主要组成部分为空穴，而N型半导体的主要组成部分为电子[1]。这两种半导体会在结合时形成一个PN结，在电流传输到晶片时，电子会向P型半导体移动，与空穴复合，进而发出光。目前，LED技术在照明灯中的应用已经十分常见。
一、LED照明灯在冰箱中的应用概述
LED拥有体积小、照明强度高、节能环保、使用寿命长等多种优势，在各行各业中的应用都较为广泛。在冰箱中，LED照明灯能够替代传统的灯泡，为用户提供环保、节能且可靠的冰箱照明。
具体而言，首先，传统冰箱应用的白炽灯，功率约为15W，而LED照明灯的功率只有1W，这就能够减少在冰箱使用过程中造成的电量消耗；其次，由于LED照明灯主要由无毒无害的材料构成，对外界环境的污染较小，甚至还能够实现循环利用，在环保上具有突出的优势[2]；再次，LED照明灯的体积大小也显著地小于传统灯泡，这就能够为冰箱内部节省一定的空间，同时使冰箱内部的空间更为简约、精致，为用户带来一定的视觉享受；另外，LED照明灯的使用寿命通常可达上万小时，在使用寿命上，相对传统电灯泡，具有突出的优势，十分坚固耐用，同时也不容易在运输中受到损坏；最后，LED照明灯的冷发光技术，发热量远低于其他的照明灯具，对冰箱中食物的影响较小。
二、冰箱用LED照明灯的设计分析
就LED照明灯电源的构成而言，首先，LED的驱动电路会为LED照明灯提供良好可靠的电源。而目前将220V的市电转化为低压直流电的主要方法是，先运用变压器降低电压，再整流滤波，或在电容降压后整流滤波。变压器是一种具有阻抗性能的设备，具有转变电压、电能的作用，具体而言，交流电流通过初级线圈，铁芯产生交流磁通，在初级次级线圈匝数不同的情况下，电压改变，进而为LED照明灯提供电力驱动[3]。运用变压器降压，具有性能稳定、耗能大、体积大、成本较高等特点；其次，LED的开关电源主要为电子开关元件，通过打开与关闭，能够调制输入的电压，进而实现电压转换，保持电压稳定。LED照明灯的开关电源具有噪声小、体积小、性能可靠等多种优点，但成本也较高；最后，阻容降压是指通过电容在一定的交流信号的作用下会产生容抗，进而对最大工作电流实施控制的原理，为LED照明灯提供驱动。阻容降压的稳定性较差，但具有耗能小、体积小以及成本低廉的优势。
对冰箱照明系统的设计，应当主要满足设计体积小、成本低廉、系统功率小等多种要求，因此，通过以上对比能够发现，应用电容降压式电源设计LED照明灯，并对几个LED单灯做好组合设计，能够在达到普通照明灯泡亮度的同时，显现LED照明灯的简单、实用性，提升冰箱整体产品设计的通用性。具体的设计方案可分为LED灯并联与LED灯串联两种。
LED灯并联电路，一般指的是在每个灯的两端上施加低电压的电路设计。在实际应用这种设计方案时，还应当保证每个灯的照明亮度 基本相同，因此还应当增加镇流电阻，避免因电流大小存在差异，导致每个灯的亮度不同。在LED灯并联电路中，总电流为通过各个LED灯的电流的和，因此在展开设计时，工作人员需要结合大电流设计。
在LED灯串联电路中，所有的灯通过一条线路而工作，电流相同，照明亮度就相同，但在串联情况下，电源电压更高。同时，若其中一个LED灯出现断路情况，所有LED灯都无法继续工作，这与并联电路下的LED灯相反，并联电路下的LED灯，其中一个灯存在断路情况时，其他灯还能够继续工作。但就短路情况而言，串联电路下的LED灯，在一个灯短路的情况下，其他灯依然可以继续工作，而并联电路则又相反，整个电路都无法继续工作，甚至有可能出现电路损毁的情况。
综上所述，在LED照明灯设计中，应用串联电路更具优势。但也可以采用先串联、再并联的方式设计电路，能够减少上文所述一灯断路所有灯无法工作的情况，降低电路烧毁的可能性。以下是对分别采用串联方式或并联方式设计的LED照明电路设计实验：
（一）LED并联电路方案
图中C1与R1组成了阻容降压电路，D1-D4属于整流电路。在这样的电路设计下，若其中某一LED灯出现损坏，整个照明系统的照明功能依然能正常运行。
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在经过一段时间的试验后可以发现，这一并联电路下的LED灯存在电流冲击缺陷，在发生冲击时，很容易导致某一LED灯遭到损坏，同时也会造成每一LED灯照明亮度的不一致。应用LED照明灯与普通灯泡的使用寿命对比，也会发现同样的问题。通过分析得知，造成这一问题的主要原因是每一个LED灯在实际的应用中都会产生电流偏值的误差。若需要改进这一问题，则需要在电路系统中额外增加能够对电流起到限制作用的电阻，或者运用稳定的电流，来保证通过每个LED灯电流的基本相同。但这一改进有可能增加额外的成本，与LED照明灯设计的简洁、成本低、安全、高效的要求不符。
（二）LED串联电路方案
选择串联电路的方式设计LED照明灯，如图。在串联电路下，所有的LED灯由同一条线路工作，电压电阻为固定值，这就能够保证通过每一LED灯的电流是一致的，但同时也出现了电源电压更高的缺陷。为解决电源电压高的问题，还应当将阻容降压电路中的电容C1改为334J/630VAC。
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在试验后发现，电路板上的R2电阻的耐压不够，很容易造成电阻R2被击穿的情况，为解决这一击穿问题，现将R2电阻更改为两个电阻，R2与R4，以串联电路的方式设计，如图所示，这就能够一定程度上从分压的角度下解决击穿问题。
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在试验后发现，整个电路依然会发生击穿问题。对这一问题展开分析，可以发现是由于瞬态过电压而导致。可通过在电路中增加压敏电阻器的方式解决这一问题。这种随机瞬态的浪涌电压带来的冲击电流的峰值较大，而安装了压敏电阻后，压敏电阻就能够对电路起到一定的保护作用，进而提升电路设计的可靠性与安全性。
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通过以上一系列的电路设计试验，能够使原本220V的LED照明灯组件的耐压提升到630V，耐电流冲击提升到30MA，在实际的使用中，通常只需不到10MA。这样设计下的LED照明灯，基本能够满足城市、农村家用冰箱中电压、电流的波动需要。
就LED板的工艺设计而言，由于这方面的组件通常体积较小，具有一定的安全隐患。应增大爬电的距离，在强弱电中开槽，进而增加电器的间隙，避免元器件之间距离过近，在打火中出现安全隐患。
另外，在展开对LED照明灯组件的加工时，还应当保证元件焊盘大小的合理，保证上锡效果的饱满，并去除虚焊，保证元件之间连接的可靠性。
另外，还应当做好对LED照明灯的静电防护，避免有人徒手触碰LED照明灯，静电击穿损坏LED照明灯的情况。
最后，在LED照明灯产品的使用上，应保证LED灯设计与电磁兼容的要求一致。
结语
综上所述，通过以上的LED照明灯设计试验，能够实现对LED照明灯在质量与安全上的优化，保证LED在冰箱中的应用，始终处于安全、可靠、高效的情况下。目前，市场中LED照明灯的价格普遍高于传统灯泡，但在大量的应用下，LED照明灯的价格还会下降，LED照明灯设计者主要应当把握好生产过程中原材料以及关键工序的质量，让LED照明灯的优势能够在实际应用中得到发挥。
参考文献
[1]杭一勇.LED普通照明灯具的设计和发展[J].科技创新导报,2020,17(11):51-52.
[2]史丹青,张海红.用于LED照明灯恒压/恒流型开关电源的一体化设计[J].电子设计工程,2016,24(19):139-140+144.
[3]邱建文.LED照明技术及其发展前景探究[J].福建质量管理,2015,{4}(10):159-160.