LED無影燈電氣原理及構(gòu)造

無影燈是用來照明外科手術(shù)部位不行短少的首要設(shè)備， 懇求能以最好地查詢處于切斷和體腔中紛歧樣深度、巨細(xì)、比照度低的物體。因而， 除需求“ 無影” 以外，還需求光照度均勻、光質(zhì)好， 可以極好區(qū)域別血液與人體別的安排、臟器的色差。此外， 無影燈還須能長時(shí)刻地持續(xù)作業(yè)， 而不散宣布過量的熱， 因?yàn)檫^熱會(huì)使手術(shù)者不適， 也會(huì)使處在外科手術(shù)區(qū)域中的安排單調(diào)。

現(xiàn)在手術(shù)燈通常都選用環(huán)形節(jié)能燈或鹵素?zé)簦?但跟著發(fā)光二極管LED 技能的不斷翻開， 分外是高亮度白光LED 的翻開，LED 無影燈徹底處理了環(huán)形節(jié)能燈本身存在的先天缺點(diǎn)， 是環(huán)形節(jié)能燈的晉級(jí)換代商品。現(xiàn)在，LED 無影燈的優(yōu)勝性逐步被顯微鏡運(yùn)用者所了解和承受， 運(yùn)用本錢亦較環(huán)形節(jié)能燈低， 削減了每1~2 個(gè)月就需替換環(huán)形燈管的費(fèi)事。

現(xiàn)在， 在技能上已成功處理了大功率LED 的封裝、恒流驅(qū)動(dòng)、散熱以及照度操控等疑問， 可結(jié)束無影燈照度的多級(jí)調(diào)控，調(diào)光活絡(luò)、便當(dāng)。LED 無影燈的利益有：

（1） 超卓的寒光作用： 選用新式的LED 寒光源作為手術(shù)照明， 是實(shí)在寒光源， 醫(yī)師頭部和創(chuàng)傷區(qū)域簡直無溫升。

（2） 光質(zhì)好： 白光LED 具有差異于通常手術(shù)用無影燈火源的色品特征， 可以添加血液與人體別的安排、臟器的色差， 使得手術(shù)中醫(yī)師的視覺愈加明晰， 在活動(dòng)、浸透的血液中人體的各個(gè)安排、臟器更簡略被差異出來，這是通常手術(shù)用無影燈所不具有的。

（3） 亮度無級(jí)調(diào)度： 選用數(shù)字辦法無級(jí)調(diào)控LED 的亮度， 操作者可依據(jù)本身對(duì)亮度的習(xí)氣性隨意調(diào)度亮度， 使其抵達(dá)最為志向的舒服度， 使長時(shí)刻作業(yè)的雙眼不易發(fā)作疲乏感。

（4） 無頻閃： 因?yàn)長ED 無影燈為純直流供電， 無頻閃， 不易使雙眼發(fā)作疲乏感， 亦不會(huì)對(duì)作業(yè)區(qū)域的別的設(shè)備發(fā)作諧波攪擾。

（5） 光照度均勻： 選用分外的光學(xué)體系，360°均勻照耀在被查詢物體上， 無虛影發(fā)作， 明晰度高。

（6） 壽數(shù)長：LED 無影燈均勻壽數(shù)長（35 000 h）， 遠(yuǎn)大于環(huán)形節(jié)能燈（1 500~2 500 h） ， 壽數(shù)為節(jié)能燈的十倍以上。

（7） 節(jié)能環(huán)保：LED 具有較高的發(fā)光功率， 耐沖擊，不易破碎、無汞污染， 且其宣布的光不含紅外和紫外成分的輻射污染。

1 體系構(gòu)造

1.1 全體構(gòu)造

因?yàn)閱蝹€(gè)LED 的發(fā)光功率不能滿意手術(shù)無影燈的光照強(qiáng)度和均勻性的懇求， 因而需求用多個(gè)LED 構(gòu)成陣列， 并懇求擺放合理， 散布均勻， 使得每個(gè)政策平面的光照度契合懇求， 以此來抉擇LED 的數(shù)量以及散布規(guī)矩。

盡管LED 的發(fā)光功率高， 發(fā)作的熱量少， 可是如此多的LED 在一個(gè)密封的箱體內(nèi)， 仍是會(huì)發(fā)作很多的熱量， 溫度乃至?xí)哌_(dá)60℃~80℃， 所以有必要合理計(jì)劃散熱器以及散熱通道， 以有用地下降體系熱阻。

LED 手術(shù)無影燈由多個(gè)燈頭構(gòu)成， 成花瓣?duì)睿?固定在平衡臂懸掛體系上， 定位安穩(wěn)， 能做筆直或循環(huán)移動(dòng)，可滿意手術(shù)中紛歧樣高度和視點(diǎn)的需求。悉數(shù)無影燈有144 個(gè)高亮度白色LED，8 個(gè)串聯(lián)成一組， 即稱為高亮度發(fā)光二極管串HBLEDs（High Brightness Lighting EmittingDiode） ， 以18 組并聯(lián)而成。每組彼此獨(dú)立， 若有一組損壞， 別的照樣可以持續(xù)作業(yè)， 所以對(duì)手術(shù)的影響較小。每組由一個(gè)LM3402 獨(dú)自進(jìn)行恒流驅(qū)動(dòng)， 并依據(jù)用戶需求，承受一個(gè)微處理器（CMU）P89LPC932 的PWM 脈寬調(diào)度操控， 可無級(jí)調(diào)度， 流過每個(gè)LED 的電流約為120 ~320 mA。LED 無影燈電氣原理圖如圖1 所示。

圖1 LED 無影燈電氣原理圖。

1.2 操作面板

操作面板上有4 個(gè)按鈕（ 環(huán)境照明、封閉、調(diào)亮和調(diào)暗按鈕）和8 個(gè)LED 指示燈。按下環(huán)境照明按鈕， 標(biāo)明只需腔鏡環(huán)境照明， 只留下其間一路的3 個(gè)LED 用于照明， 而封閉別的LED 發(fā)光二極管串; 按下封閉按鈕， 將停息悉數(shù)8 路LED 發(fā)光二極管串， 再次按下此按鈕， 則可以回到原照度閃現(xiàn)狀況， 掉電或重啟也可回到設(shè)定照度狀況; 調(diào)亮和調(diào)暗按鈕用于改動(dòng)無影燈的照度， 對(duì)應(yīng)8 個(gè)指示燈， 指示8 擋亮度， 從左到右每添加一擋就添加一個(gè)指示LED 點(diǎn)亮， 無影燈處于關(guān)燈狀況時(shí)， 最右邊2 個(gè)指示LED 點(diǎn)亮。悉數(shù)操作信息均是經(jīng)過RS485 總線傳輸給驅(qū)動(dòng)板MCU。

1.3 驅(qū)動(dòng)板

驅(qū)動(dòng)板是悉數(shù)無影燈操控器的基地， 首要由一個(gè)MCU P89LPC932 和18 路LM2402 恒流穩(wěn)壓電路構(gòu)成，還包括RS485 通訊電路。

P89LPC932 是由飛利浦公司出產(chǎn)的低功耗的MCU，電源電壓3.3 V， 可低功耗作業(yè)， 適宜于很多懇求高集成度、低本錢的場合， 可以滿意多方面的功用懇求。

P89LPC932 選用了高功用的處理器構(gòu)造， 指令施行時(shí)刻只需2~4 個(gè)時(shí)鐘周期，6 倍于規(guī)范80C51 器材。此外，P89LPC932 還集成了很多體系級(jí)的功用， 這么可大大削減元件的數(shù)目、電路板面積以及體系的本錢， 內(nèi)部有2個(gè)守時(shí)器， 可作為一個(gè)具有256 個(gè)守時(shí)器時(shí)鐘周期的PWM 發(fā)作器運(yùn)用。

LM3402 是一款由可控電流源衍生的降壓型穩(wěn)壓器， 可驅(qū)動(dòng)串聯(lián)的大功率、高亮度發(fā)光二極管串， 可以承受計(jì)劃在6 V~42 V 的輸入電壓。當(dāng)運(yùn)用引腳兼容的LM3402HV 時(shí)， 輸入電壓的上限可抵達(dá)75 V。依據(jù)手術(shù)對(duì)照度的需求， 對(duì)改換器的輸出電壓進(jìn)行調(diào)度， 可以堅(jiān)持經(jīng)過LED 陣列的安穩(wěn)電流水平。圖2 為LM3402 的典型運(yùn)用電路暗示圖， 其間RSNS為電流設(shè)定電阻， 均勻電流IF≈0.2/RSNS，RON取值與發(fā)光二極管串中的LED 數(shù)量有關(guān)，8 個(gè)LED 時(shí)可取值300 kΩ。經(jīng)查看， 恒流標(biāo)稱值為250 mA 時(shí)（RSNS=0.8 Ω）， 電活不堅(jiān)決在±20 mA 以內(nèi)， 徹底可以滿意手術(shù)光感懇求。

圖2 LM3402 的典型運(yùn)用電路。