黑退火带钢厂家
免费服务热线

Free service

hotline

010-00000000
黑退火带钢厂家
热门搜索:
技术资讯
当前位置:首页 > 技术资讯

一种基于LM3402的新型LED无影灯控制系统设计方案

发布时间:2020-07-21 17:39:03 阅读: 来源:黑退火带钢厂家

无影灯是用来照明外科手术部位不可缺少的重要设备,要求能以最佳地观察处于切口和体腔中不同深度、大小、对比度低的物体。因此,除需要“无影”以外,还需要光照度均匀、光质好,能够很好地区分血液与人体其他组织、脏器的色差。此外,无影灯还须能长时间地持续工作,而不散发出过量的热,因为过热会使手术者不适,也会使处在外科手术区域中的组织干燥[1]。

本文引用地址:目前手术灯一般都采用环形节能灯或卤素灯,但随着发光二极管LED技术的不断发展,特别是高亮度白光LED的发展,LED无影灯彻底解决了环形节能灯自身存在的先天缺陷,是环形节能灯的升级换代产品。目前,LED无影灯的优越性逐渐被显微镜使用者所了解和接受,使用成本亦较环形节能灯低,减少了每1~2 个月就需更换环形灯管的麻烦。

目前,在技术上已成功解决了大功率LED的封装、恒流驱动、散热以及照度控制等问题,可实现无影灯照度的多级调控,调光灵活、方便。LED无影灯的优点有[1-2]:

(1)出色的冷光效果:采用新型的LED冷光源作为手术照明,是真正冷光源,医生头部和伤口区域几乎无温升。

(2)光质好:白光LED具有区别于普通手术用无影灯光源的色品特点,可以增加血液与人体其他组织、脏器的色差,使得手术中医生的视觉更加清晰,在流淌、渗透的血液中人体的各个组织、脏器更容易被区分出来,这是普通手术用无影灯所不具备的。

(3)亮度无级调节:采用数字方式无级调控LED的亮度,操作者可根据自身对亮度的适应性随意调节亮度,使其达到最为理想的舒适度,使长时间工作的眼睛不易产生疲劳感。

(4)无频闪:因为LED无影灯为纯直流供电,无频闪,不易使眼睛产生疲劳感,亦不会对工作区域的其他设备产生谐波干扰。

(5)光照度均匀:采用特殊的光学系统,360°均匀照射在被观察物体上,无虚影产生,清晰度高。

(6)寿命长:LED无影灯平均寿命长(35 000 h),远大于环形节能灯(1 500~2 500 h),寿命为节能灯的十倍以上。

(7)节能环保:LED具有较高的发光效率,耐冲击,不易破碎、无汞污染,且其发出的光不含红外和紫外成分的辐射污染。

1 系统结构

1.1 总体结构

由于单个LED的发光效率不能满足手术无影灯的光照强度和均匀性的要求,因此需要用多个LED组成阵列,并要求排列合理,分布均匀,使得每个目标平面的光照度符合要求,以此来决定LED的数量以及分布规则。虽然LED的发光效率高,产生的热量少,但是如此多的LED在一个密封的箱体内,还是会产生大量的热量,温度甚至会高达60℃~80℃,所以必须合理设计散热器以及散热通道,以有效地降低系统热阻。

LED手术无影灯由多个灯头组成,成花瓣状,固定在平衡臂悬挂系统上,定位稳定,能做垂直或循环移动,可满足手术中不同高度和角度的需求。整个无影灯有 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 Emitting Diode),以18组并联而成。每组相互独立,若有一组损坏,其他照样能够继续工作,所以对手术的影响较小。每组由一个LM3402单独进行恒流驱动,并根据用户需要,接受一个微处理器(CMU)P89LPC932的PWM脉宽调节控制,可无级调节,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。

[NextPage]

1.2 操作面板

操作面板上有4个按钮(环境照明、关闭、调亮和调暗按钮)和8个LED指示灯。按下环境照明按钮,表示只需腔镜环境照明,只留下其中一路的3个LED用于照明,而关闭其余LED发光二极管串;按下关闭按钮,将熄灭所有8路LED发光二极管串,再次按下此按钮,则可以回到原照度显示状态,掉电或重启也可回到设定照度状态;调亮和调暗按钮用于改变无影灯的照度,对应8个指示灯,指示8挡亮度,从左到右每增加一挡就增加一个指示LED点亮,无影灯处于关灯状态时,最右边2个指示LED点亮。所有操作信息均是通过RS485总线传输给驱动板MCU。

1.3 驱动板

驱动板是整个无影灯控制器的核心,主要由一个MCU P89LPC932和18路LM2402恒流稳压电路组成,还包含RS485通信电路。

P89LPC932是由飞利浦公司生产的低功耗的MCU,电源电压3.3 V,可低功耗运行,适合于许多要求高集成度、低成本的场合,可以满足多方面的性能要求。P89LPC932采用了高性能的处理器结构,指令执行时间只需 2~4个时钟周期,6倍于标准80C51器件。此外,P89LPC932还集成了许多系统级的功能,这样可大大减少元件的数目、电路板面积以及系统的成本,内部有2个定时器,可作为一个具有256个定时器时钟周期的PWM发生器使用[3]。

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,可以接受范围在6 V~42 V的输入电压。当使用引脚兼容的LM3402HV时,输入电压的上限可达到75 V。根据手术对照度的需要,对转换器的输出电压进行调节,可以维持通过LED阵列的恒定电流水平。图2为LM3402的典型应用电路示意图,其中RSNS 为电流设定电阻,平均电流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。经检测,恒流标称值为250 mA时(RSNS=0.8 Ω),电流波动在±20 mA以内,完全能够满足手术光感要求[4]。

负离子发生器相关文章:负离子发生器原理色差仪相关文章:色差仪原理调光开关相关文章:调光开关原理

JavaScript DOM 事件优化

08 Go 的变量赋值

23 ORDER BY 排序