白光LED照明電路的應(yīng)用實(shí)例

白光LED照明電路采用白色發(fā)光二極管作為電光源。LED照明燈可以說(shuō)是本世紀(jì)最有發(fā)展前途的電光源之一，由于LED固體電光源具有綠色環(huán)保、節(jié)能高效的明顯優(yōu)點(diǎn)，LED照明電路的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。

LED臺(tái)燈電路

利用多個(gè)白光LED組成LED陣列，即可構(gòu)成LED臺(tái)燈。圖2-33所示為L(zhǎng)ED臺(tái)燈電路，電路中采用了20個(gè)高亮度白光LED組成發(fā)光陣列，照明效果良好。

圖2-33　LED臺(tái)燈電路

(1)白光LED的發(fā)光原理

LED(發(fā)光二極管)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體器件。早期的LED主要用作電子設(shè)備的指示燈。白光LED的開發(fā)成功，使得LED照明成為現(xiàn)實(shí)。

白光LED的基本結(jié)構(gòu)如圖2-34所示，由藍(lán)光LED芯片與黃色熒光粉復(fù)合而成。藍(lán)光LED芯片在通過(guò)足夠的正向電流時(shí)會(huì)發(fā)出藍(lán)光，這些藍(lán)光一部分被熒光粉吸收激發(fā)熒光粉發(fā)出黃光，另一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，最終得到白光。

圖2-34　白光LED基本結(jié)構(gòu)

(2)驅(qū)動(dòng)電路

電源變壓器T和整流橋堆UR構(gòu)成整流電路，將220V市電整流為18V直流電壓，再經(jīng) C 濾波后作為照明電源。

20個(gè)LED每5個(gè)串聯(lián)成一串，共4串并聯(lián)，組成臺(tái)燈的照明陣列。這樣安排的好處，一是5個(gè)LED串聯(lián)的總電流與一個(gè)LED的電流相等，有利于降低總電流;二是4串LED并聯(lián)，如果有LED損壞，不影響其他串LED繼續(xù)照明。

(3)恒流供電

為了進(jìn)一步提高照明質(zhì)量和效果，可以對(duì)LED照明陣列實(shí)行恒流供電。圖2-35所示為具有恒流源的LED臺(tái)燈電路，場(chǎng)效應(yīng)管VT與電阻 R 構(gòu)成恒流源。

圖2-35　具有恒流源的LED臺(tái)燈電路

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管可以方便地構(gòu)成恒流源，如圖2-36所示。恒流原理是，如果通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管的漏極電流 I D 因故增大，源極電阻 R S 上形成的負(fù)柵壓也隨之增大，迫使 I D 回落;如果通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管的漏極電流 I D 因故減小，源極電阻 R S 上形成的負(fù)柵壓也隨之減小，迫使 I D 回升，最終使電流 I D 保持恒定。恒定電流 I D =

，式中 U p 為場(chǎng)效應(yīng)管的夾斷電壓。

圖2-36　場(chǎng)效應(yīng)管恒流源

我們知道，LED是電流驅(qū)動(dòng)型器件，電流的變化會(huì)影響LED的發(fā)光強(qiáng)度和光色。采用恒流源供電后，電源電壓的波動(dòng)將不再影響LED的驅(qū)動(dòng)電流，LED的發(fā)光強(qiáng)度和光色得到穩(wěn)定，照明質(zhì)量和效果大大改善。

LED路燈電路

圖2-41所示為節(jié)能環(huán)保的LED路燈電路，采用電容降壓全波整流電源電路，200個(gè)白光LED組成照明LED陣列。

圖2-41　LED路燈電路

電路中， C 1 是降壓限流電容，UR是整流全橋， C 2 是濾波電容， R 是LED的限流電阻，F(xiàn)U是熔斷器，S是電源開關(guān)。該電路簡(jiǎn)潔、可靠、效率高，工作原理如下。交流220V市電經(jīng) C 1 降壓限流、UR全波整流、 C 2 濾波后，成為直流電壓驅(qū)動(dòng)LED陣列發(fā)光。

LED陣列的安排是，在空間排列上為20個(gè)×10列;在電氣連接上每100個(gè)LED相串聯(lián)，共兩串再并聯(lián)。這樣連接的優(yōu)點(diǎn)是充分利用電容降壓整流電源的空載電壓高、輸出電流較小的特性，100個(gè)LED串聯(lián)后管壓降是單個(gè)LED的100倍，而工作電流與單個(gè)LED相同，提高了電源利用率，降低了總電流。

LED手電筒電路

LED手電筒是一種節(jié)能環(huán)保的便攜式照明設(shè)備，它的前端安裝有5～8個(gè)白光LED作為電光源，使用電池供電。

1.5V手電筒僅用一節(jié)電池供電，體積小、重量輕。由于LED自身具有近2V的管壓降，1.5V并不能正常點(diǎn)亮LED，因此升壓電路是必需的。圖2-42所示為具有升壓功能的1.5V手電筒電路。

圖2-42　1.5V手電筒電路

PNP晶體管VT 1 、NPN晶體管VT 2 、儲(chǔ)能電感L、反饋電容 C 、電阻 R 1 和 R 2 等構(gòu)成升壓電路，將電池提供的1.5V電壓升壓為3V電壓，驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光。VD 1 ～VD 8 為8個(gè)高亮度白光LED。

電路是利用儲(chǔ)能電感L的自感電動(dòng)勢(shì)實(shí)現(xiàn)升壓的，現(xiàn)在我們來(lái)分析升壓電路的工作原理。

接通電源后，PNP晶體管VT 1 因 R 1 提供基極偏流而導(dǎo)通，進(jìn)而通過(guò) R 2 使VT 2 也導(dǎo)通，將電感L和電容 C 的右端接電源負(fù)端。由于電容 C 兩端電壓不能突變，致使VT 1 (PNP管)因基極電位更低而進(jìn)入深度飽和狀態(tài)，并向VT 2 提供更大的基極偏流使其也進(jìn)入深度飽和狀態(tài)。這時(shí)1.5V電源經(jīng)VT 1 發(fā)射極-基極向 C 充電。

隨著 C 充電的完成，VT 1 (PNP管)因基極電位升高而退出飽和狀態(tài)，并使VT 2 也退出飽和狀態(tài)，VT 2 集電極電位升高又通過(guò) C 反饋到VT 1 基極，導(dǎo)致兩管迅速截止， C 開始放電。隨著 C 放電的完成，兩管退出截止，電路又回到初始狀態(tài)。

如此周而復(fù)始形成振蕩，晶體管VT 2 不斷地導(dǎo)通、截止。在VT 2 導(dǎo)通時(shí)，電流流經(jīng)電感L使其儲(chǔ)能。在VT 2 截止時(shí)，電感L產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，與1.5V電源電壓疊加使LED發(fā)光。

太陽(yáng)能LED手電筒電路

太陽(yáng)能LED手電筒利用光伏電池產(chǎn)生電能，儲(chǔ)存于鎳氫電池中，供白光LED照明用，是一種幾乎不消耗能源的綠色清潔照明設(shè)備。圖2-46所示為太陽(yáng)能LED手電筒電路，采用6個(gè)高亮度白光LED作為電光源，兩節(jié)鎳氫電池組成蓄電池組。

圖2-46　太陽(yáng)能LED手電筒電路

在陽(yáng)光照射下，光伏電池BP產(chǎn)生電能，經(jīng)二極管VD 7 向蓄電池組GB充電。由于光伏電池產(chǎn)生的電流很小，屬于涓流充電，因此省去了充電限流控制電路。VD 7 的作用是防止無(wú)光照時(shí)蓄電池組的電能向光伏電池倒流。

打開電源開關(guān)S后，蓄電池組GB便向白光LED(VD 1 ～VD 6 )供電使其發(fā)光照明。 R 是VD 1 ～VD 6 的限流電阻。太陽(yáng)能LED手電筒在陽(yáng)光、燈光下均能充電，甚至在陰雨天的光照下也能充電，使用十分方便。

LED應(yīng)急燈

應(yīng)急燈的功能是在市電電源發(fā)生故障而失去照明時(shí)，自動(dòng)提供臨時(shí)的應(yīng)急照明。LED應(yīng)急燈具有啟動(dòng)快、效率高的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)關(guān)、學(xué)校、商場(chǎng)、展覽館、影劇院、車站碼頭和機(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)所的應(yīng)急照明。

圖2-47所示為L(zhǎng)ED應(yīng)急燈電路圖，包括整流電源、充電電路、市電檢測(cè)、光控、電子開關(guān)和LED照明燈等組成部分，圖2-48所示為L(zhǎng)ED應(yīng)急燈方框圖。

圖2-47　LED應(yīng)急燈電路圖

圖2-48　LED應(yīng)急燈方框圖

(1)整流電源與充電電路

電源變壓器T、整流全橋UR和濾波電容 C 1 組成整流電源電路，將交流220V市電轉(zhuǎn)換為9V直流電壓，經(jīng) R 3 、VD 1 向6V蓄電池GB充電。 R 3 是充電限流電阻，VD 1 的作用是在市電停電時(shí)阻止蓄電池向整流電路倒灌電流。

(2)檢測(cè)與控制電路

控制電路的核心是高速開關(guān)集成電路TWH8778(IC)，其內(nèi)部設(shè)有過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱等保護(hù)電路，具有開啟電壓低、開關(guān)速度快、通用性強(qiáng)、外圍電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，并可方便地連接電壓控制和光控等，特別適合電路的自動(dòng)控制。

TWH8778的第1腳為輸入端，第2腳為輸出端，第5腳為控制端。當(dāng)控制端有1.6V以上的開啟電壓時(shí)，TWH8778導(dǎo)通，電源電壓從第2腳輸出至后續(xù)電路。電阻 R 4 、 R 5 將輸入端電壓分壓后，作為控制端的開啟電壓。

電阻 R 1 、 R 2 和晶體管VT 1 組成市電檢測(cè)電路。市電正常時(shí)，濾波電容 C 1 上的9V直流電壓經(jīng) R 1 、 R 2 分壓后，使晶體管VT 1 導(dǎo)通，將 R 5 上的開啟電壓短路到地，TWH8778因無(wú)開啟電壓而截止。市電因故停電時(shí)，晶體管VT 1 因無(wú)基極偏壓而截止， R 5 上的開啟電壓使TWH8778導(dǎo)通。

光敏晶體管VT 2 構(gòu)成光控電路。白天光敏晶體管VT 2 有光照而導(dǎo)通，將 R 5 上的開啟電壓短路到地，TWH8778因無(wú)開啟電壓而截止。夜晚光敏晶體管VT 2 無(wú)光照而截止， R 5 上的開啟電壓使TWH8778導(dǎo)通。

(3)LED照明光源

6個(gè)高亮度白光LED(VD 2 ～VD 7 )組成照明燈，受電子開關(guān)TWH8778控制。在市電檢測(cè)電路和光控電路的共同作用下，市電正常時(shí)應(yīng)急燈不亮，蓄電池充電。白天市電斷電時(shí)應(yīng)急燈仍不亮。只有在夜晚市電斷電時(shí)，電子開關(guān)TWH8778導(dǎo)通，應(yīng)急燈才點(diǎn)亮。