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          太陽(yáng)能供電的高亮度白光LED閃光電路原理及設(shè)計(jì)

          作者: 時(shí)間:2012-01-14 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
          p;此電路采用14位2進(jìn)制計(jì)算器4020實(shí)現(xiàn)。由4047輸出的脈沖信號(hào)作為4020的脈沖輸入信號(hào),使4020進(jìn)行2進(jìn)制計(jì)數(shù),達(dá)到分頻目的。其特點(diǎn)為具有14位分頻輸出,可以根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行不同的輸出選擇,且靜態(tài)功耗為1 mA。
          2.2.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路
          單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路可以由簡(jiǎn)單的觸發(fā)器組合而成,但是這樣的電路設(shè)計(jì)穩(wěn)定度不高,而且功耗比較大。為了避免上述不足,本系統(tǒng)采用集成芯片4538。4538為邊沿觸發(fā)型電路,可以根據(jù)輸入信號(hào)的不同,設(shè)定為上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā)。在本系統(tǒng)中,4020輸出信號(hào)作為4538的輸入脈沖,進(jìn)行單穩(wěn)態(tài)觸發(fā),其輸出脈沖寬度由外接電容和電阻控制,輸出脈沖周期由4020提供的輸入脈沖的頻率決定。最后,從4538輸出端輸出的信號(hào)作為L(zhǎng)ED燈的開關(guān)控制信號(hào)。
          本部分設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)為充分采用中規(guī)模集成器件,達(dá)到穩(wěn)定度高和靜態(tài)功耗小的目的。
          2.3 白光LED保護(hù)電路
          2.3.1 白光LED簡(jiǎn)介
          白光LED是最被看好的LED新興產(chǎn)品,其在照明市場(chǎng)的發(fā)展?jié)摿χ档闷诖?。與白熾鎢絲燈泡及熒光燈相比,LED具有體積小(多顆、多種組合)、發(fā)熱量低(沒有熱幅射)、耗電量小(低電壓、低電流啟動(dòng))、壽命長(zhǎng)(1萬(wàn)小時(shí)以上)、反應(yīng)速度快(可在高頻操作)、環(huán)保(耐震、耐沖擊不易破、廢棄物可回收、沒有污染)、可平面封裝、易開發(fā)成輕薄短小產(chǎn)品等優(yōu)點(diǎn),沒有白熾燈泡高耗電、易碎及日光燈廢棄物含汞污染的問題等缺點(diǎn),是被業(yè)界看好在未來(lái)lO年內(nèi),替代傳統(tǒng)照明器具的一大潛力商品。
          2.3.2 白光LED性能分析
          (1)白光LED色彩,波長(zhǎng)分析真正發(fā)射白光的LED是不存在的。這樣的器件非常難以制造,因?yàn)長(zhǎng)ED的特點(diǎn)是只發(fā)射一個(gè)波
          長(zhǎng)。白色并不出現(xiàn)在色彩的光譜上;一種替代的方法是利用不同波長(zhǎng)合成白色光。
          白光LED設(shè)計(jì)中采用了一個(gè)小竅門。在發(fā)射藍(lán)光的InGaN基料上覆蓋轉(zhuǎn)換材料,這種材料在受到藍(lán)光激勵(lì)時(shí)會(huì)發(fā)出黃光。于是得到了藍(lán)光和黃光的混合物,在肉眼看來(lái)就是白色的,圖4為L(zhǎng)ED發(fā)出光線的波長(zhǎng)和正向電流示意圖。由圖4可以看出:白光LED的發(fā)射波長(zhǎng)(實(shí)線)包括藍(lán)光和黃光區(qū)域的峰值,但是在肉眼看來(lái)就是白色。肉眼的相對(duì)光敏感性(虛線)如圖4所示。

          但是,采用InGaN技術(shù)的LED并不像標(biāo)準(zhǔn)綠光、紅光和黃光那樣容易控制。InGaN LED的顯示波長(zhǎng)(色彩)會(huì)隨著正向電流而改變(如圖5所示)。例如,白光LED所呈現(xiàn)的色彩變化產(chǎn)生于轉(zhuǎn)換材料的不同濃度,且藍(lán)光發(fā)光InGaN材料隨著正向電壓的變化而產(chǎn)生波長(zhǎng)變化。

          當(dāng)正向電流高至10 mA時(shí),正向電壓的變化很大。變化的范圍大約為800 mV(有些型號(hào)二極管變化會(huì)更大一些)。電池放電引起的工作電壓的變化會(huì)改變色彩,因?yàn)楣ぷ麟妷旱淖兓淖兞苏螂娏?。?0 mA正向電流時(shí),正向電壓大約為3.4 V(該數(shù)值會(huì)隨供應(yīng)商的不同而有所不同,范圍3.1 V~4.0V)。同樣,不同LED之間的電流-電壓特性也有較大差異。直接用電池驅(qū)動(dòng)LED是很困難的,因?yàn)榻^大數(shù)電池會(huì)隨著放電使電壓低于LED所需要的最小正向?qū)妷骸?BR> (2)白光LED伏安曲線和溫度電流變化分析
          圖6和圖7分別為L(zhǎng)ED的伏安曲線和溫度電流曲線。由LED發(fā)光原理可以知道,白光LED的亮度變化主要是由其通電電流決定的。

          由上面白光LED分析可以看出:
          (1)白光LED的通電電流將影響其波長(zhǎng)變化;
          (2)當(dāng)LED工作在電流為10mA到30mA區(qū)域,LED兩端的電壓發(fā)生微小變化時(shí),電流將發(fā)生較大變化;
          (3)LED的承受電流范圍隨溫度的升高而變小。
          為了使白光LED長(zhǎng)期穩(wěn)定工作,采取下列措施:
          (1)拉開兩個(gè)LED的間距,達(dá)到散熱目的;
          (2)采用恒流供電,使白光LED波長(zhǎng)和亮度處于恒定狀態(tài)。
          由上述分析可以得出,為了使LED維持在固定亮度和色彩發(fā)光,并且延長(zhǎng)其工作壽命,正向電流必須維持在一個(gè)穩(wěn)定值,因此采取恒流措施來(lái)保證LED的穩(wěn)定工作。
          2.3.3 恒流保護(hù)電路
          本系統(tǒng)將大電流CMOS管作為電子開關(guān),并采用恒流電路對(duì)LED陣列進(jìn)行恒流供電,使LED燈可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。下面介紹恒流實(shí)現(xiàn)方法。
          圖8為最基本的恒流電路原理圖,圖中RL為負(fù)載電阻(實(shí)際為L(zhǎng)ED陣列),Ro為采樣電阻,Eg為參考電壓,則輸出電流Io=Eg/Ro,說明穩(wěn)流電源的輸出電流由基準(zhǔn)電壓Eg和采樣電阻Ro決定,Eg和Ro一經(jīng)確定,穩(wěn)流電源的輸出電流不受輸出電源電壓和負(fù)載影響而保持穩(wěn)定。由此可知,要想獲得一個(gè)穩(wěn)定的輸出電流,必須提供一個(gè)高精度的基準(zhǔn)電壓和采樣電阻。

          本系統(tǒng)根據(jù)上述基本原理圖,采用CMOS場(chǎng)效應(yīng)管和一個(gè)運(yùn)算放大器組成基本恒流電路。在本系統(tǒng)中,參考電壓Eg由控制電路中的4538的輸出脈沖經(jīng)過穩(wěn)壓電路(采用TL431穩(wěn)壓器)提供。每當(dāng)4538輸出一個(gè)正脈沖,將觸發(fā)恒流電路中運(yùn)算放大器工作,使LED點(diǎn)亮,達(dá)到恒流閃光的效果。

          3 結(jié)束語(yǔ)
          經(jīng)測(cè)試,系統(tǒng)電路的靜態(tài)功耗為5 mA~7 mA,具有較低的靜態(tài)功耗和較高的穩(wěn)定度。不同用戶可以根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求,通過修改其中的某些部分以滿足設(shè)計(jì)要求。


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