LED照明設計專(zhuān)輯（一）

　　圖三 LED發(fā)光二極管工作時(shí)溫度與電流曲線(xiàn)

　　大多數電子愛(ài)好者都知道，PN結半導體器件正在向導通后，結電壓VF隨環(huán)境溫度上升而下降，即：-2mv/℃，稱(chēng)PN結的負溫度效應，利用該特性可制成溫度傳感器，但該特性在發(fā)光應用上卻是致命的缺陷，直接影響它的發(fā)光效率。發(fā)光亮度、發(fā)光色度。通俗舉例，常溫25℃時(shí)，選擇LED最佳工作電流20mA，當環(huán)境溫度升到85℃，結電壓VF下降，工作電流急劇增加到35-37mA，見(jiàn)圖三，電流曲線(xiàn)Ⅰ，溫度下降至-40℃時(shí)，結電壓VF上升，最佳工作電流將從20mA減小8-10mA.，發(fā)光亮度也隨電流的減少而降低，達不到場(chǎng)所所需的照度。

　　為了避免上述不良現象，一般在LED的相關(guān)產(chǎn)品上，通常需要采用一些措施。如將LED裝在散熱板上，或風(fēng)機風(fēng)冷降溫或者LED采用恒流源的供電方式，不會(huì )因LED隨溫度上升引起電流增加，防止PN結惡性升溫，或兩種方法并用。實(shí)踐證明，用于大功率LED燈（如廣告背景燈、街燈），家散熱器確實(shí)是行之有效的措施。但LED燈進(jìn)入尋常百姓家就碰到如下問(wèn)題了：散熱板，風(fēng)冷能否集約在一個(gè)普通燈頭的空間；采用集成電路或諸多元器件組成的恒流源電路，它的壽命和可靠性將不取決LED，根據“木桶理論”整個(gè)系統的可靠性則將取決于某種如溫升等“短板”了。

　　《無(wú)線(xiàn)電》雜志介紹過(guò)的南京華巨電子有限公司專(zhuān)為L(cháng)ED應用研制的具有正溫度系數的熱敏電阻與負溫度特性的LED串聯(lián)，組成一個(gè)溫度系數極小電阻型負載是一個(gè)廉價(jià)且效果不錯的選擇。一旦工作電壓確定后，串聯(lián)回路中的電流，將不會(huì )隨溫度變化而變化，通俗地說(shuō)，當LED隨溫度升高電流增加時(shí)，熱敏電阻也隨溫度升高，電阻變大，阻止了回路電流上升，當LED隨溫度下降，電流減小時(shí)，熱敏電阻也隨溫度下降電阻變小，阻止了回路電流的減少。當匹配得當，當環(huán)境溫度在-40℃~85℃范圍內變化時(shí)，LED的最佳工作電流不會(huì )明顯變化，見(jiàn)圖二電流曲線(xiàn)Ⅱ。（串入熱敏電阻的電流曲線(xiàn)Ⅱ，與沒(méi)有串入熱敏電阻的電流曲線(xiàn)Ⅰ對照圖）從圖一可以看到，采用熱敏電阻溫度補償方法與集成電路等元件組成的恒流源相比，有著(zhù)異曲同工之處，但最大的差異是用一種元件就解決了LED的恒流問(wèn)題，其價(jià)格、體積、壽命等優(yōu)勢也不言而喻。

　　該公司產(chǎn)正溫度熱敏電阻WMZD常用規格見(jiàn)表一。

　　表一

　　WMZD LED恒流源補償熱敏電阻為了滿(mǎn)足要求可以多組串聯(lián)使用，也可以并聯(lián)使用，讀者完全可以根據需要靈活選擇應用以達到提高可靠性的作用。

　　3、220V交流LED驅動(dòng)電路

　　由N路單元電路的電流之和，確定直流電源的輸出電流，如采用輸入電壓有較大變化的220V AC/DC轉換的直流電源，請考慮穩壓措施。

　　LED燈220V交流供電的基本電路

　　LED燈220V交流供電的基本電路，220V經(jīng)1A橋式整流后，接入由熱敏電阻A20和5只LED/20mA組成的單元電路，共計12組，計算12組的工作電壓＝（3V+3.3V×5）×12＝234V，（式中3V是恒流用5A20的壓降，3.3V是LED的電壓），計算電壓大于220V，可放心接入220V整流電源，接入后回路電流應在18~20mA之間，因LED的電壓離散性較大，在3.0V~3.6V之間，如檢測回路電流大于20mA，可增添一只LED或一只5A20電阻，將電流降下來(lái)，反之可減去一只LED，將電流升上去。該LED燈實(shí)耗功率4.5W，其中用作恒流的12只A20，共耗用0.72W，直接用于發(fā)光的60只LED，共耗用3.78W，電源轉換效率達84%。整組燈亮度接近8W熒光燈。本方案基本電路簡(jiǎn)單，可靠，高效，具有實(shí)用性。

　　220V橋式整流后不需要按常規并聯(lián)慮波電介電容，LED可用脈動(dòng)電流驅動(dòng)發(fā)光，橋式整流后的電流是每秒100個(gè)連續正弦波，過(guò)零時(shí)間非常短，不會(huì )感覺(jué)有頻閃現。并聯(lián)電容后，雖對輸出電流起平滑濾波作用，但一則增加成本，二則電介電容常處于沖電放態(tài)狀，其壽命遠遠低于LED，因此不用為宜。

　　4、LED照明設計技巧

　　LED是冷光源，可選用色彩繽紛的塑料口杯、咖啡杯當燈罩，做成情調各異的裝飾杯燈、筒燈、臺燈、床頭燈，另取聚乙烯塑料瓶蓋、碗蓋或廢舊碟片，剪成與燈罩相配的形狀，作電路板用，LED排例時(shí)用針穿孔定位，將兩腳插入，在反面焊接，連成電路即可。做杯燈、筒燈LED調光臺燈、杯燈。

　　如將上圖電路稍作改變，變成LED直流調光燈，如下圖。

　　晶體管三極管13002與220K電位器（帶開(kāi)關(guān)）組合成調光電阻，當燈全亮時(shí)，回路電流20mA，13002導通（壓降0.7v）時(shí)近無(wú)功耗，當燈半亮時(shí)10mA，13002耗0.34W，當燈低亮時(shí)5mA，13002耗0.26W，該電路簡(jiǎn)單可靠，調光效果好，制作成本極低。如家中有白織燈調光臺燈，也可按下圖線(xiàn)路圖接法，無(wú)需改動(dòng)雙向可控硅調光電路，就可變成LED交流調光燈，更節電，但是光度弱的情況下。對光敏感的人可能會(huì )有頻閃感。實(shí)物見(jiàn)照片1.

　　做個(gè)室內日光燈或頂燈電路，用了60只LED相當8W熒光燈的亮度，明顯不夠，如并聯(lián)成二路，用120只LED，可相當16w熒光燈。并聯(lián)成三路，用180只LED，可相當25W熒光燈，以此類(lèi)推。因用市電220V直接整流輸出，電源內阻極小，可并聯(lián)任意路燈不會(huì )引起整流輸出電壓變化，僅需考慮整流管的承受電流。也可以不增加并聯(lián)路數，選用30mA的高亮LED（如食人魚(yú)）或0.3W/100mA的LED，來(lái)達到提高亮度的需求。

　　LED 手電筒

　　下圖是用于3.6V的。鋰電池、鎳氫電池或4V干式鉛蓄電池供電的LED手電筒電路。

　　選用20mA/3.0V（或3.4V）的LED與5B100組成的單元電路，與電源電壓3.6V（或4.0V）匹配。

　　LED 汽車(chē)車(chē)燈

　　以上LM317、LM1117屬壓降型DC/DC轉換，在輸入與輸出壓差較小時(shí)首選應用，但壓差越大，轉換效率越低，此時(shí)應選用開(kāi)關(guān)型DC/DC轉換電路，34063是一塊通用、易購、價(jià)廉（0.60~0.80元/片）的開(kāi)關(guān)升、降壓集成電路，外圍電路元件較少。

　　用于汽車(chē)LED車(chē)燈，輸入電壓12V，輸出電壓1.25~8V可調，最大輸出電流700mA，選用1W 300mA的LED，按亮度需要可從1顆LED、2顆LED、4顆LED三種組合中任選。選用紅光，黃光，白光LED，分別可做成汽車(chē)尾燈、轉向燈、側燈。選擇組合2、3時(shí)，計算工作電壓＝2×（0.5V＋VF}，調正R2的阻值將輸出電壓調到相應計算電壓值（空載），接入負載后（滿(mǎn)載），再加大R2的阻值，將回路電流微調到280~300mA，選擇組合3時(shí)，應將電流微調到560~600mA。R2調正好后，防止阻值變動(dòng)，應用固定電阻替代。