LED无影灯电气原理及构造

jupitars · 发表于 2020-9-27 09:09:02

无影灯是用来照明外科手术部位不行短少的首要设备，恳求能以最好地查询处于切断和体腔中纷歧样深度、巨细、比照度低的物体。因而，除需求“ 无影” 以外，还需求光照度均匀、光质好，可以极好区域别血液与人体别的安排、脏器的色差。此外，无影灯还须能长时刻地持续作业，而不散宣布过量的热，因为过热会使手术者不适，也会使处在外科手术区域中的安排单调。
　　现在手术灯通常都选用环形节能灯或卤素灯，但跟着发光二极管 LED 技能的不断翻开，分外是高亮度白光LED 的翻开，LED 无影灯彻底处理了环形节能灯本身存在的先天缺点，是环形节能灯的晋级换代商品。现在，LED 无影灯的优胜性逐步被显微镜运用者所了解和承受，运用本钱亦较环形节能灯低，削减了每1~2 个月就需替换环形灯管的费事。

　　现在，在技能上已成功处理了大功率LED 的封装、恒流驱动、散热以及照度操控等疑问，可结束无影灯照度的多级调控，调光活络、便当。LED 无影灯的利益有：
　　（1）超卓的寒光作用：选用新式的LED 寒光源作为手术照明，是实在寒光源，医师头部和创伤区域简直无温升。
　　（2）光质好：白光LED 具有差异于通常手术用无影灯火源的色品特征，可以添加血液与人体别的安排、脏器的色差，使得手术中医师的视觉愈加明晰，在活动、浸透的血液中人体的各个安排、脏器更简略被差异出来，这是通常手术用无影灯所不具有的。
　　（3）亮度无级调度：选用数字办法无级调控LED 的亮度，操作者可依据本身对亮度的习气性随意调度亮度，使其抵达最为志向的舒服度，使长时刻作业的双眼不易发作疲乏感。
　　（4）无频闪：因为LED 无影灯为纯直流供电，无频闪，不易使双眼发作疲乏感，亦不会对作业区域的别的设备发作谐波搅扰。
　　（5）光照度均匀：选用分外的光学体系，360°均匀照耀在被查询物体上，无虚影发作，明晰度高。
　　（6）寿数长：LED 无影灯均匀寿数长（35 000 h），远大于环形节能灯（1 500~2 500 h），寿数为节能灯的十倍以上。
　　（7）节能环保：LED 具有较高的发光功率，耐冲击，不易破碎、无汞污染，且其宣布的光不含红外和紫外成分的辐射污染。
　　1 体系构造
　　1.1 全体构造
　　因为单个LED 的发光功率不能满意手术无影灯的光照强度和均匀性的恳求，因而需求用多个LED 构成阵列，并恳求摆放合理，散布均匀，使得每个政策平面的光照度契合恳求，以此来抉择LED 的数量以及散布规矩。
　　尽管LED 的发光功率高，发作的热量少，可是如此多的LED 在一个密封的箱体内，仍是会发作很多的热量，温度乃至会高达60℃~80℃，所以有必要合理计划散热器以及散热通道，以有用地下降体系热阻。
　　LED 手术无影灯由多个灯头构成，成花瓣状，固定在平衡臂悬挂体系上，定位安稳，能做笔直或循环移动，可满意手术中纷歧样高度和视点的需求。悉数无影灯有144 个高亮度白色LED，8 个串联成一组，即称为高亮度发光二极管串HBLEDs（High Brightness Lighting EmittingDiode），以18 组并联而成。每组彼此独立，若有一组损坏，别的照样可以持续作业，所以对手术的影响较小。每组由一个LM3402 独自进行恒流驱动，并依据用户需求，承受一个微处理器（CMU）P89LPC932 的PWM 脉宽调度操控，可无级调度，流过每个LED 的电流约为120 ~320 mA。LED 无影灯电气原理图如图1 所示。

　　图1 LED 无影灯电气原理图。

　　1.2 操作面板
　　操作面板上有4 个按钮（环境照明、封闭、调亮和调暗按钮）和8 个LED 指示灯。按下环境照明按钮，标明只需腔镜环境照明，只留下其间一路的3 个LED 用于照明，而封闭别的LED 发光二极管串; 按下封闭按钮，将停息悉数8 路LED 发光二极管串，再次按下此按钮，则可以回到原照度闪现状况，掉电或重启也可回到设定照度状况; 调亮和调暗按钮用于改动无影灯的照度，对应8 个指示灯，指示8 挡亮度，从左到右每添加一挡就添加一个指示LED 点亮，无影灯处于关灯状况时，最右边2 个指示LED 点亮。悉数操作信息均是经过RS485 总线传输给驱动板MCU。
　　1.3 驱动板
　　驱动板是悉数无影灯操控器的基地，首要由一个MCU P89LPC932 和18 路LM2402 恒流稳压电路构成，还包括RS485 通讯电路。
　　P89LPC932 是由飞利浦公司出产的低功耗的MCU，电源电压3.3 V，可低功耗作业，适宜于很多恳求高集成度、低本钱的场合，可以满意多方面的功用恳求。
　　P89LPC932 选用了高功用的处理器构造，指令施行时刻只需2~4 个时钟周期，6 倍于规范80C51 器材。此外，P89LPC932 还集成了很多体系级的功用，这么可大大削减元件的数目、电路板面积以及体系的本钱，内部有2个守时器，可作为一个具有256 个守时器时钟周期的PWM 发作器运用。
　　LM3402 是一款由可控电流源衍生的降压型稳压器，可驱动串联的大功率、高亮度发光二极管串，可以承受计划在6 V~42 V 的输入电压。当运用引脚兼容的LM3402HV 时，输入电压的上限可抵达75 V。依据手术对照度的需求，对改换器的输出电压进行调度，可以坚持经过LED 阵列的安稳电流水平。图2 为LM3402 的典型运用电路暗示图，其间RSNS为电流设定电阻，均匀电流IF≈0.2/RSNS，RON取值与发光二极管串中的LED 数量有关，8 个LED 时可取值300 kΩ。经查看，恒流标称值为250 mA 时（RSNS=0.8 Ω），电活不坚决在±20 mA 以内，彻底可以满意手术光感恳求。

　　图2 LM3402 的典型运用电路。