适用于微波炉的趣味性LED设计选择

编者按：LED 照明是一个理想的 DIY 项目：有趣、有满足感并且最终还有用。本系列文章包含两个部分，第 1 部分介绍了如何实现柜下照明。本文为第 2 部分，将介绍如何更换微波炉照明以匹配色温，同时获得更佳的灶台照明。

此系列文章包含两个部分，第 1 部分介绍了一个自己动手项目，涉及开发一个五段式柜下照明设计，以打造一个光线明亮的厨柜区域。虽然厨房微波炉的现有 LED 照明灯具会照亮其下面的灶台，但是改良后的厨柜照明会突显出其照明的不足问题。

此外，微波炉中 LED 的色温与柜下 LED 的色温不匹配，导致让人不舒服的撞色。

照明不足和配色问题就需要我们为微波炉打造替代 LED 模块，也让我们有机会使用前一个项目留下的部分 LED 灯带。这些模块可实现颜色匹配和更理想的照明。

此外，对于其他小家电照明更换项目中存在的一些问题，本文还可用作参考示例。文中将讨论住宅照明和商业照明采用的色温范围，以及 LED 色温与各种可用白光 LED 的关系。

本文还将进一步探讨限制 LED 电流的更高效方法，以及照明应用中的 LED 调光。

适用于微波炉的趣味性 LED 设计选择

微波炉前下角设有两个灯，一般不使用标准灯泡，而是为每个灯采用定制表面贴装 LED 模块。该模块为金属芯电路板组件，使用三针表面贴装 (SMT) 连接器连接至微波炉的线束（图 1）。

图 1：原始微波炉 LED 模块使用四个白光 LED 进行照明。（图片来源：Steve Leibson）

每个模块使用四个 SMT LED 发光。由于这些 LED 照明模块为该特定品牌的微波炉所独有，仅可从微波炉制造商处获得，因此 LED 模块价格昂贵且仅有一种非指定色温。

这些 LED 模块的第一个问题是由于采用四个较小的 SMT LED 导致的低光输出水平。这些组装好的 LED 模块不能很好地照亮下方较大的灶台区域。尽管微波炉底部装有玻璃漫射器，但这些模块与具有窄光锥的点光源的效果类似。

这些模块的第二个问题主要与本系列第 1 部分有关：LED 色温与柜下照明项目所用 LED 灯带的色温不匹配。

何为 LED 色温？

摄影专业人员和爱好者都知道，每种照明光源都有一个色谱。白光色谱较宽。白光光谱中趋向黄色、橙色和红色的部分为“暖色”；而趋向蓝色波长的部分则为“冷色”。供应商提供的白光 LED 色谱各异，色温单位为开尔文 (K)，指示色谱中的峰值波长。

通用照明光源所发出的光，色温范围跨度很广泛。以下简单摘录了一些传统照明光源及其近似色温：

• 2200 K：高压钠灯

• 2700 K：标准白炽灯

• 3000 K：卤素灯泡

• 3200 K：暖色金属卤化物灯泡

• 4200 K：冷白日光灯

• 5500 K：日光卤化物灯泡

各个厂家提供的分立式白光 LED 横跨了这一整个色谱。暖白 LED 的开尔文温度值约介于 2700 K 至 3000 K；中性白 LED 的色温范围约介于 3500 K 至 4100 K；冷白 LED 的色温范围约介于 5000 K 至 6500 K。

在本系列第 1 部分讨论的柜下照明应用中，柜下灯光的色温取决于整合入 LED 灯带的单个 SMT LED 灯珠。JKL ComponentsZFS-155000-CW柔性灯带使用色温额定值为 6500 K 的 LED。图 2 中的灯带长 5 米和宽 15 毫米，以线轴形式提供，包含 1200 个 LED 灯珠。

图 2：SMT LED 灯带，例如 JKL Components 的这种双排 ZFS-155000-CW LED 柔性灯带，让定制柜下照明设计变得非常轻松。（图片来源：JKL Components）

这些连续的 LED 灯带含有双排 LED 和电阻器，可使用单个 12 伏电源点亮。灯带采用单条柔性 LED 灯条制成，形成一根长灯带，隔 25 毫米处可使用剪刀剪断。此外，灯带非常薄，可实现独立而紧凑的安装。

实现颜色匹配

微波炉照明与柜下照明的色温匹配方法之一就是，将原始模块上的 LED 更换为额定色温为 6500 K 的 LED。这种方法需要使用 SMT 焊接技术来更换 LED，这将永久性地修改工厂提供的模块。然而，将四个小型 SMT LED 更换为具有匹配色温的 LED 无法解决第二个问题：昏暗的照明。

而另一种设计方法不需要 SMT 焊接技术，即可匹配柜下照明项目所用 LED 灯带的色温——使用从剩下的 LED 灯带切割来的短灯条制作替代模块。

该方法可精准匹配柜下照明的色温，因为使用的是切割自同卷 LED 灯带的灯条。同时还可通过在每个模块中使用多得多的 LED 灯珠来解决低照度问题。

步骤 1：测量可用电压

采用此方法来设计 LED 模块的第一步是测量原始微波炉模块的供应电压，旨在确定该电压是否兼容 LED 灯带的 12 伏电压要求。电压计检查显示：当灯光设为高亮度时，供电电压比 12 伏电压仅低几百毫伏，意味着使用现有电源可轻松为 LED 灯带供电。

将 50 毫米长 LED 灯带安装在较短的挤制铝型材安装导轨上（也用作散热器），制成两个初始原型模块。LED 灯条通过在背部涂敷粘合剂实现绝缘，但铝基底也附加了绝缘琥珀色聚酰亚胺胶带（例如3M的1205），以确保万无一失（图 3）。这些原型只有两根用于电源和接地的电线，而原始模块有三根。此时，尚不清楚是否需要第三根电线：稍后详述。

图 3：第一个替代 LED 照明模块原型使用带 12 个 LED 灯珠的 LED 灯带段，无法提供所需亮度。（图片来源：Steve Leibson）

原型替代模块略大于原始模块，由于受微波炉内的冲压固定凸片阻塞，未能直接用螺栓安装到位。但是，模块安装的平稳度足以进行初始测试，不过测试结果很不理想。

显然，微波炉并未全功率运行 LED，产生的灯光非常暗淡。结果表明，两种原因造成灯光暗淡。首先，微波炉未像对原始模块一样，向替代模块提供满额 12 伏电压。其次，虽然将每个模块上 LED 的数量从原来的四个增加至十二个，但发光表面积仍然不足。

很明显，需要进行更多分析。

第三根电线派上用场

将原始 LED 模块放回微波炉后，供电电压跳回到 12 伏。也许，连接并不像首个原型中的那样简单。由于原始模块只包括六个元器件和一个连接器，绘制模块的示意图（图 4）只需几分钟。

图 4：微波炉 LED 模块示意图显示原始模块如何连接两串并联的 LED 及一个 62 Ω 限流电阻器。经证明，120 Ω 电压检测电阻器对调光至关重要。（图片来源：Steve Leibson）

电路负极上有一个 62 Ω 串联电阻器将模块上四个 LED 的允通电流限制为约 100 毫安 (mA)，但还有一个 120 Ω 电阻器从电路正极连接至第三个连接器引脚。如果这是电流检测电阻器，则将与 LED 串联。然而，使用电阻计检查电路后明确表明，该电阻器仅用于检测供应给模块的电压。

该 120 Ω 反馈电阻器似乎为从微波炉电源获得满额 12 伏电压所必需。将反馈电阻器连同原型双线式替代模块加装入电路后，可从微波炉获得满额 12 伏电压。但是，这既不能解决小区域照明的问题，也不能将照度提升到所需强度。

此时，显然需要重新设计模块。

重新设计后的替代 LED 模块

如果一段 50 毫米的 LED 灯带不足以提供充分照明，也许两段就足够。但是，使用两段灯条需要更大的基底。理想情况下，该基底应为小块铝坯料或铝板，但目前两者都没有。从备用 2 x 1.5 英寸双面覆铜电路板切割的替代基底可奏效。如果工作坊三者都没有，则可使用MG Chemicals的550覆铜电路板（图 5）。

图 5：双面覆铜印刷电路板用作两个 LED 灯条的适当基底，同时提供额外散热功能。（图片来源：MG Chemicals）

基板上的铜可提供额外散热功能。照例，先将绝缘聚酰亚胺胶带粘着到电路板，然后再连接 LED 灯带，形成第二版照明模块（图 6）。

图 6：第二版 LED 照明模块使用两个 50 毫米 LED 灯带条，共含 24 个 LED 灯珠，可提供充足的照明，且耗电量仅为 100 mA。（图片来源：Steve Leibson）

两个 50 毫米 LED 灯带条头尾相连，从而简化两个灯条的电气连接。来自微波炉的 12 伏电压通过红色和黑色电线从右侧连接进入模块。两个灯条在各自的中心处彼此实现电气连接。12 伏电压轨通过灯条中心的红色跳线，从上灯条顶部跳接至下灯条底部。负跳线（位于红色跳线下方）是一根较短的裸露实芯线，用于连接灯条中心处两个相邻的负焊盘。

整个 5 米长 LED 灯带的电流消耗约为 5 安 (A)。一米灯带的电流消耗约为 1 A，所以 2 x 50 毫米 LED 灯带的耗电量约为 100 mA。

现在，微波炉灯与柜下照明相匹配，因此项目在“配偶认可”量表上获得较高的读数。

总结

有时，解决一个问题会引发另一个问题。第 1 部分讨论的改进型柜下照明突显出了微波炉下方照明的低光输出问题。此外，微波炉中 LED 的色温与柜下 LED 的色温不匹配，导致让人不舒服的撞色。

本文介绍如何通过使用第 1 部分的剩余 LED 灯带，设计并实现微波炉的替代 LED 照明灯具，从而实现较高的配偶认可率。

该项目还介绍了 LED 色温并进一步探讨了限制 LED 电流的更高效方法，以及照明应用中的 LED 调光。