LED无影灯电气原理及构造

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。