一种野战卫勤LED照明系统的研制

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照明设备作为部队卫勤作业不可或缺的装备 ，伴随科技的发展应逐步提高 自身的战场适应性 ，达到易于携带 、展开迅速、低可探测性等战时技术要求 ，以满足现代野战卫勤作业的需要。目前，部队卫勤装备照明系统没有统-制式 ，使用的供电设备有柴汽油发电车、民用交流电、手摇发电机、太阳能电池板等，与照明系统不能有效整合且配套设施复杂不便运输；使用的发光器件种类繁多如白炽灯、荧光灯、汽油灯等均为热光源，电-光转换效率低，能源消耗较大且热辐射高，不易于红外线防伪。因此，我们研制了-种新型野战卫勤照明系统，采用低电压固态 LED冷光源照明体制 ，为卫勤作业提供高照度 、低功耗 、低红外辐射的光源。该系统采用供电端 口集成化设计，能够兼容我军现有的供电装置，扩大了系统的适用范围。该系统设计有蓄电池组 ，可在无外部供电的情况下为系统长时间稳定供电，亦可作为手术无影灯 、便携式除颤仪等野战卫生装备的应急电源。

1 设计思路1.1 LED连接方式对于LED发光管来说 ，应该优先考虑选用串联连接 ，连接方式如图 1所示。若发光管并联连接，各并联发光管管电压会略有差异 ，发光管之间的电流也不尽相同，管电压略低的管电流高 ，其温度就会比其他相并联的上升快，而温度升作者简介：江玉柱(1965-)，男，副所长，高级工程师，主要从事医学计量方面的研究工作，E-mail：jyz91572###sina.con。

通讯作者：井 赛，E-mail：jingsafmmu###126.COB高的越快，管电压降低的 。

就越快，这样就导致其电 宰主囊 纛 耄辜 的温升，使其管电压进-步降低如此循环效应使I图 1 LED连接方式坏。串联使用的主要缺点是若-只LED发光管损坏将导致断路。但实际使用证明，在驱动电流正常的情况下，即使发光管自身发生故障-般也会保持通路状态，其他发光管不受影响l。

如果使用的管数较多时，全部串联不易实现，可采用串并联混接，但各串并联管之间必须要有均流保护措施。最简单的均流保护措施是在每-串并联管中串联-个电阻牵制电流的偏移。电阻-般可按串联 LED灯总压降的 5%左右选取，电阻上的压降太大，会使系统总功耗增加 ；若压降太小，则均流效果不好。

1.2 LED驱动电路设计LED驱动选用直流升压型驱动电路，其基本原理是用开关器件配合电抗性器件储能升压限流的方式工作，升压驱动器的变换效率较高，且只能用在负载管压降始终高于电源电压的情况下。如果负载管压降低于电源电压，可造成驱动器失控，电流直接经过发光管，使发光管烧毁[21。这种方案制作的驱动器的-个显著的优点是自身出现故障时不会损坏发光管。输入直流低电压时发光管尽量串联排列，不并联或者少并联· 医疗卫生装备·2013年6月第34卷第6期 Chinese Medical Equipment Journal·Vo1.34·No.6·June.20131.3 交流开关稳压电源从交流开关稳压电源电路工作原理可知 ，如市电整流滤波获得的倍输入交流电压(典型值约为 3l1 V)的直流高电压送到高速电子开关的电源输入端，高速电子开关的2个输出端由2个反向的输入矩形波驱动，从约311 V直流电源取得能量后，分别经过-级短时间常数的 Lc滤波电路连接到高频开关变压器的初级。该 Lc滤波电路的作用是使进入高频开关变压器初级的矩形波脉冲拐角趋于圆滑，以降低其高频谐波。高频开关变压器的初 、次级还起到对市电隔离的作用。高频开关变压器的次级获得交变拐角圆滑的矩形波电压 ，经过多级长时间常数的 Lc滤波电路 ，还原出50 Hz正弦波的调制信号送到负载并对负载供电[31。

2 系统硬件设计硬件电路以微处理控制电路为中心，控制整个系统的运行。外围电路包括交流开关稳压电路、蓄电池充放电控制电路、LED恒流驱动电路 、显控电路等。使用交流开关稳压电源作为 AC-DC变换是实现宽输入 电压范围的有效方法，同时也是实现系统高效率 、低功耗的技术关键。蓄电池可以解决 2个方面的问题 ：-是解决夜间、阴雨天系统连续供电问题 ；二是解决外接供电源电能存储问题 。本系统使用 7 Ah、24 V蓄电池，保证系统照明 12 h不间断。系统设计有 l2、24 V直流供电接入端 口，以便于野战卫生装备如手术无影灯 、便携式除颤仪等的应急使用。LED恒流驱动电路输入电压直流 9～40 v，恒流范围 10～60 mA(由外部选择)，工作环境温度范围为-30-85℃，单路 LED串联个数 n的范围按如下条件设计 ，即n≤0.9 V DC/V ，其中 V.DC为输入整流后的电压 ， 为每个 LED正向工作 电压l 5。显控电路包括 2个部分：(1)微处理器对系统的控制和管理电路 ，主要用于控制系统自检、充放电、交直流变压转换等；(2)显示屏与声 光报警 系统工作 电路 ，主要 显示 系统 的工作参数、工作状态等。功能框图如图2所示。

3 系统软件设计装置开机后首先进行系统初始化 ，然后自检，检查-体化接口是否正常工作。自检完毕进入供电电源选择阶段，选择完毕后进入正常工作阶段163∝制流程如图3所示。

自检通过后若没有接人供电电源，系统自动选择蓄电池工作模式。若接人220 V/1 10 V交流电，系统则提示选择交直流转换变压参数(由所选蓄电池决定)，转换完成后，蓄电池充电，同时 LED驱动电路工作。如果接人手摇发电机、太阳能电池板等直流发电源，则蓄电池直接充电。LED驱动电路的输入电压范围较广 ，因此对输入电源选择的范围较大，可以调节驱动电路恒定电流大小，以安装不同的LED发光源。该设计的显控与报警拈用于系统的操作控制与信息反馈，通过控制界面，可实时监测系统的运行情况。在接口工作异常或蓄电池馈电时发出声光电报警提示。为防止误操作 ，系统设计有智能关机装置 ，关机时需要进-步确认。

4 应用与检验在我部组织的多次卫勤演习中，该照明系统进行了设备应用检验 ，在实际应用中验证系统是否达到设计 目标 ，我们充电- 22，I10V交流输入手摇发电机Study Report l研 究 报 告24v直流电源接口112v直流电源接口交流开关稳压电源LED恒流驱动电路微处理器控制电路图2 硬件设计框图由并联LED发光体屏幕显示声光报警图3 软件设计流程图主要从电源兼容性 、能耗优化效果、系统续航力等几个方面进行验证。实验表明，该系统采用集成化、智能化设计 ，结构紧凑，便于携带，可兼容现役相关卫勤供电装置；采用低电压固态 LED冷光源照明体制 ，有效降低了系统功耗 ，具有高光照度 、低红外辐射的特点；采用大容量蓄电池组，续航时间长，保证了系统在无外部供电情况下的正常照明作业 ，同时可作为医疗装备的应急电源。系统软硬件整体工作状态良好，工作稳定，效果较好，达到了设计要求。

5 结语现代战争条件下，战争节奏愈加快速，过程短促 ，并且是全天候高强度连续作战。卫生装备发展的趋势必然是装备的拈化与通用集成化，使卫生装备便于携带 、使用，提高战场的工作效率，以适应时代发展的要求。该照明系统采用了新型的照明体制，设计了智能化控制系统及多电源集成化供电方案，有效提高了野战卫勤作业的照明条件及工作效率，对部队卫勤保障有积极意义。