一種白光LED燈的設(shè)計(jì)

信息工程大學(xué)理學(xué)院 宋冬靈

一種白光LED燈的設(shè)計(jì)

信息工程大學(xué)理學(xué)院 宋冬靈

LED燈由于具有功率小、發(fā)光率高、環(huán)保省電、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用在許多場(chǎng)合。本文，筆者通過(guò)查閱有關(guān)LED資料，研制了一種室內(nèi)用白光LED燈。該燈電路簡(jiǎn)單，既可用于室內(nèi)正常照明，又可用于停電應(yīng)急照明。

一、白光LED燈的設(shè)計(jì)理念

白光LED燈既可用于室內(nèi)正常照明，又可用于停電應(yīng)急照明。用于室內(nèi)正常照明時(shí)的功率為3.6W，亮度大于40W白熾燈的亮度；用于應(yīng)急照明時(shí)的功率為0.36W，相當(dāng)于一個(gè)小手電筒的亮度。正常室內(nèi)照明的電源為照明電路提供的220V交流電，但是由于LED需要的是直流電，所以需要將交流電通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路轉(zhuǎn)換為直流電提供給LED使用，應(yīng)急照明的電源由3節(jié)5#干電池提供。

二、白光LED電路設(shè)計(jì)

白光LED燈的燈珠采用目前市場(chǎng)上銷售的小功率LED，單珠白光LED的規(guī)格為功率0.06W，驅(qū)動(dòng)電壓3.2～3.4V，電流不能超過(guò)20mA。

1.用于室內(nèi)正常照明時(shí)的電路設(shè)計(jì)。其電路有兩部分組成。第一部分是照明部分，由60珠白光LED（D1—D60）串聯(lián)而成；第二部分是驅(qū)動(dòng)電路部分，220V交流電經(jīng)降壓電容器C1降壓后經(jīng)整流橋U1全橋整流把交流電轉(zhuǎn)為直流電，再通過(guò)電容器C2濾波后經(jīng)限流電阻R4給串聯(lián)的60珠L(zhǎng)ED提供恒流電源。在具體的電路設(shè)計(jì)中，需要有電路保護(hù)，要在電路最前面先串聯(lián)一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻R1，以保護(hù)整流橋。電路剛通電時(shí)R1的阻值較大，限制電流的輸入，正常工作時(shí)阻值變小，可以有效緩沖剛通電時(shí)的浪涌電流，保護(hù)后面的電路。如果電路在電流正弦波最大峰值時(shí)被斷電，電容C1的電荷將無(wú)法釋放，這時(shí)若人接觸到其金屬部位將會(huì)有明顯觸電感覺(jué)，所以需要給電容C1并聯(lián)一個(gè)電阻R2，用于卸放掉電容C1的電荷，保證人的安全。降壓后的交流電經(jīng)整流橋U1整流后，需要一個(gè)電容C2將整流后的脈沖直流電壓濾波成平穩(wěn)直流電壓，用來(lái)防止開(kāi)燈時(shí)沖擊電流對(duì)LED的損害，起到開(kāi)燈防沖擊保護(hù)作用。還需要一個(gè)壓敏電阻R3防止過(guò)壓，即將輸入電源中瞬間的脈沖高壓對(duì)地泄放掉，以保護(hù)LED不被瞬間高壓擊穿。給60珠L(zhǎng)ED串聯(lián)一個(gè)小阻值的限流電阻R4，不僅可以防止電壓升高和溫度升高時(shí)LED的電流增大，同時(shí)還可以短時(shí)間泄放電解電容C2兩端的電壓，避免關(guān)燈后的余光長(zhǎng)久滯留。

2.用于應(yīng)急照明時(shí)的電路設(shè)計(jì)。應(yīng)急照明電源由5#干電池直接供電，這樣就不再需要交流變直流的驅(qū)動(dòng)電路。由于每珠L(zhǎng)ED的額定電壓是3.2V，而每節(jié)干電池兩端的電壓是1.5V，所以需要3節(jié)干電池串聯(lián)供電，并且串聯(lián)一個(gè)電阻R5分壓。由于LED的亮度太小，所以將6珠L(zhǎng)ED（D61-D66）并聯(lián)一起照明，S1為開(kāi)關(guān)，BT1為裝3節(jié)5#電池的電池盒。電路設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 白光LED電路

三、白光LED的電路元件的確定

室內(nèi)正常照明的功率是3.6W，需要的LED珠數(shù)為3.6/0.06= 60珠；應(yīng)急照明的功率為0.36W，需要的LED珠數(shù)為0.36/0.06=6珠，共需要66珠白光LED。

電容C1起降壓限流作用，把電容器連接到交流電路中時(shí)的容抗計(jì)算公式為

式中，XC為電容容抗，f為交流電源頻率，C為電容容量。流過(guò)電容的電流為

式中，I為流過(guò)電容的電流，U為電源電壓，R負(fù)為負(fù)載電阻。在220V，50Hz交流電路中，當(dāng)負(fù)載電壓遠(yuǎn)小于電容兩端電壓時(shí)，可忽略負(fù)載電阻的影響，則電流I與電容C的關(guān)系變?yōu)?/p>

這樣，I=U×2πfC=69 080C。

當(dāng)電流單位取mA，電容單位取μF時(shí)，I=69C?？紤]到實(shí)際電路中有負(fù)載、整流等的影響，實(shí)際取的關(guān)系式為

電流是20mA，由式（4）得電容C1為0.333μF。選取電容C1的型號(hào)為630V0.334μF。泄放電阻R2的阻值與電容C1的大小有關(guān)，C1取0.333μF時(shí)，電阻R2的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為1MΩ。對(duì)于壓敏電阻R3的選取，在直流電路中壓敏電阻的最大限制電壓為

式中，Udc為回路中的直流額定工作電壓。在本電路中，每珠L(zhǎng)ED的直流額定工作電壓為3.2V，60珠串聯(lián)，所以壓敏電阻的最大限制電壓應(yīng)為2×3.2×60=384，與391成品接近，所以選取的壓敏電阻R3型號(hào)為10D391K。選取的其他電路元件型號(hào)為NTC5D-9熱敏電阻R1，400V4.7uf電解電容C2，470Ω電阻R4，整流器型號(hào)為2W10的全波整流。R5需要分擔(dān)的電壓為3× 1.5V-3.2V=1.3V，流經(jīng)的電流是20mA，所以由公式R=U/I，得R5的阻值為65Ω。