LED照明設(shè)計專輯（一）

　　圖三 LED發(fā)光二極管工作時溫度與電流曲線

　　大多數(shù)電子愛好者都知道，PN結(jié)半導(dǎo)體器件正在向?qū)ê?，結(jié)電壓VF隨環(huán)境溫度上升而下降，即：-2mv/℃，稱PN結(jié)的負溫度效應(yīng)，利用該特性可制成溫度傳感器，但該特性在發(fā)光應(yīng)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，選擇LED最佳工作電流20mA，當環(huán)境溫度升到85℃，結(jié)電壓VF下降，工作電流急劇增加到35-37mA，見圖三，電流曲線Ⅰ，溫度下降至-40℃時，結(jié)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，達不到場所所需的照度。

　　為了避免上述不良現(xiàn)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，不會因LED隨溫度上升引起電流增加，防止PN結(jié)惡性升溫，或兩種方法并用。實踐證明，用于大功率LED燈（如廣告背景燈、街燈），家散熱器確實是行之有效的措施。但LED燈進入尋常百姓家就碰到如下問題了：散熱板，風(fēng)冷能否集約在一個普通燈頭的空間；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(jù)“木桶理論”整個系統(tǒng)的可靠性則將取決于某種如溫升等“短板”了。

　　《無線電》雜志介紹過的南京華巨電子有限公司專為LED應(yīng)用研制的具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻與負溫度特性的LED串聯(lián)，組成一個溫度系數(shù)極小電阻型負載是一個廉價且效果不錯的選擇。一旦工作電壓確定后，串聯(lián)回路中的電流，將不會隨溫度變化而變化，通俗地說，當LED隨溫度升高電流增加時，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，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(nèi)變化時，LED的最佳工作電流不會明顯變化，見圖二電流曲線Ⅱ。（串入熱敏電阻的電流曲線Ⅱ，與沒有串入熱敏電阻的電流曲線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的恒流問題，其價格、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(guī)格見表一。

　　表一

　　WMZD LED恒流源補償熱敏電阻為了滿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(jù)需要靈活選擇應(yīng)用以達到提高可靠性的作用。

　　3、220V交流LED驅(qū)動電路

　　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(zhuǎn)換的直流電源，請考慮穩(wěn)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(yīng)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，反之可減去一只LED，將電流升上去。該LED燈實耗功率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(zhuǎn)換效率達84%。整組燈亮度接近8W熒光燈。本方案基本電路簡單，可靠，高效，具有實用性。

　　220V橋式整流后不需要按常規(guī)并聯(lián)慮波電介電容，LED可用脈動電流驅(qū)動發(fā)光，橋式整流后的電流是每秒100個連續(xù)正弦波，過零時間非常短，不會感覺有頻閃現(xiàn)。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(shè)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(diào)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(diào)光臺燈、杯燈。

　　如將上圖電路稍作改變，變成LED直流調(diào)光燈，如下圖。

　　晶體管三極管13002與220K電位器（帶開關(guān)）組合成調(diào)光電阻，當燈全亮?xí)r，回路電流20mA，13002導(dǎo)通（壓降0.7v）時近無功耗，當燈半亮?xí)r10mA，13002耗0.34W，當燈低亮?xí)r5mA，13002耗0.26W，該電路簡單可靠，調(diào)光效果好，制作成本極低。如家中有白織燈調(diào)光臺燈，也可按下圖線路圖接法，無需改動雙向可控硅調(diào)光電路，就可變成LED交流調(diào)光燈，更節(jié)電，但是光度弱的情況下。對光敏感的人可能會有頻閃感。實物見照片1.

　　做個室內(nèi)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，以此類推。因用市電220V直接整流輸出，電源內(nèi)阻極小，可并聯(lián)任意路燈不會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(shù)，選用30mA的高亮LED（如食人魚）或0.3W/100mA的LED，來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 汽車車燈

　　以上LM317、LM1117屬壓降型DC/DC轉(zhuǎn)換，在輸入與輸出壓差較小時首選應(yīng)用，但壓差越大，轉(zhuǎn)換效率越低，此時應(yīng)選用開關(guān)型DC/DC轉(zhuǎn)換電路，34063是一塊通用、易購、價廉（0.60~0.80元/片）的開關(guān)升、降壓集成電路，外圍電路元件較少。

　　用于汽車LED車燈，輸入電壓12V，輸出電壓1.25~8V可調(diào)，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，分別可做成汽車尾燈、轉(zhuǎn)向燈、側(cè)燈。選擇組合2、3時，計算工作電壓＝2×（0.5V＋VF}，調(diào)正R2的阻值將輸出電壓調(diào)到相應(yīng)計算電壓值（空載），接入負載后（滿載），再加大R2的阻值，將回路電流微調(diào)到280~300mA，選擇組合3時，應(yīng)將電流微調(diào)到560~600mA。R2調(diào)正好后，防止阻值變動，應(yīng)用固定電阻替代。