LED電路原理.doc

LED手電筒驅(qū)動電路原理市場上出現(xiàn)一種廉價的LED手電筒，這種手電前端為58個高亮度發(fā)光管，使用12節(jié)電池。由于使用超高亮度發(fā)光管的原因，發(fā)光效率很高，工作電流比較小，實測使用一節(jié)五號電池5頭電筒， 電流只有100 mA左右。非常省電。如果使用大容量充電電池，可以連續(xù)使用十幾個小時，筆者就買了一個。從前端拆開后，根據(jù)實物繪制了電路圖，如圖1所示。圖1 LED手電驅(qū)動電路原理圖工作原理：接通電源后，VT1因R1接負(fù)極，而c1兩端電壓不能突變。VT1(b)極電位低于e極，VT1導(dǎo)通，VT2(b)極有電流流入，VT2也導(dǎo)通，電流從電源正極經(jīng)L、VT2(c)極到e極，流回電源負(fù)極，電源對L充電，L儲存能量，L上的自感電動勢為左正右負(fù)。經(jīng)c1的反饋作用，VT1基極電位比發(fā)射極電位更低，VT1進(jìn)入深度飽和狀態(tài)，同時VT2也進(jìn)入深度飽和狀態(tài)，即IbIc/(為放大倍數(shù))。隨著電源對c1的充電，C1兩端電壓逐漸升高，即VTI(b)極電位逐漸上升，Ib1逐漸減小， 當(dāng)Ib1=Ic1/時，VT1退出飽和區(qū)，VT2也退出飽和區(qū)，對L的充電電流減小。此時L上的自感電動勢變?yōu)樽筘?fù)右正，經(jīng)c1反饋作用。VT1基極電位進(jìn)一步上升，VT1迅速截止，VT2也截止，L上儲存的能量釋放，發(fā)光管上的電源電壓加到L上產(chǎn)生了自感電動勢，達(dá)到升壓的目的。此電壓足以使LED發(fā)光。高亮度白光LED燈(以下簡稱白光燈)具有光色好(與日光接近)，節(jié)能(電光轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)高于白熾燈，也高于熒光燈，是一種冷光源)，壽命長(壽命是熒光燈的幾倍(白熾燈的幾十倍),環(huán)保無污染的特點 成為白熾燈和熒光燈的有力挑戰(zhàn)者。但其不足之處是目前價格較高。目前，白光燈已發(fā)展到第二代； 第一代白光燈的價格已大幅下降，5白光燈的價格已降到0.25/只，拆機(jī)5白光燈的價格為0.2只，此價格已經(jīng)可以接受。筆者不久前以每只0.16元的價格郵購了幾十只拆機(jī)件5白光燈，用它制作了幾只照明燈，效果不錯，現(xiàn)向愛好者作一介紹。市電220V 1.2W白光LED照明燈 用一只易拉罐的球形罐底，用剪刀修圓，在上面鉆出20個小孔，小孔的分布呈圓形，盡量制作得美觀些，孔的大小以剛好能嵌入白光燈為度。每只白光燈的工作電壓為3.0V3.6V，4只白光燈串聯(lián)組成一組，工作電壓為12.0V14.4V，5組白光燈再并聯(lián)起來，在12.6V電壓時的電流約等于100mA，消耗的功率1.26W。要在220V市電工作，需要一個降壓整流濾波電路，比較省錢的辦法是使用廢舊的節(jié)能燈控制電路。節(jié)能燈可以說是家家都有，因價值低，損壞后維修店不愿意修理，一般均作廢棄處理，因此可以不花錢或只花上少量錢在廢品站等地方得到。其實大多數(shù)損壞的節(jié)能燈只是燈管壞了，其電路往往完好可用，既使損壞了也容易修復(fù)。5W13W節(jié)能燈基本上均采用同一種電路和元件。 市電經(jīng)整流和C1、C2濾波后得到約300V直流電加在Q1、Q2組成的逆變電路，產(chǎn)生數(shù)十千赫的高頻振蕩，經(jīng)L、C5、T對燈管放電，使節(jié)能燈發(fā)光。L和C5組成串聯(lián)諧振電路，諧振在逆變電路產(chǎn)生的高頻振蕩頻率上。燈管啟動時，燈管未導(dǎo)通放電，諧振回路中只有燈管的燈絲電阻，阻值比較小，回路中的電流比較大，此電流在L和C5上產(chǎn)生數(shù)百伏的電壓，C5上的電壓使燈管擊穿放電發(fā)光。燈管放電后內(nèi)阻很小，它并聯(lián)在C5上使諧振回路的Q值大大下降，C5和L上的電壓降低到幾十伏以維持燈管繼續(xù)放電，由此說明節(jié)能燈工作時的電壓變化比較大。要把節(jié)能燈改造為白光燈的電源，可把C5直接聯(lián)接到L和T的初級，再把L改作變壓器，并增加低壓整流濾波電路即可。 為了使低壓輸出的直流電比較穩(wěn)定，L和C5不能作為諧振電路使用，其諧振頻率應(yīng)遠(yuǎn)低于逆變電路的振蕩頻率，可增加C5的容量，由原來的332改為473(即0.047 uF)或更大，甚至不用C5。L改造為變壓器的方法是在L線圈外面加繞低壓繞組。L一般采用0.150.17的漆包線，300320匝。實測線圈的電壓為80100V，由此可得每伏的匝數(shù)約等于3。電源整流的方式可采用橋式全波整流或雙半波整流電路。為了節(jié)省兩個二極管和減小損耗，筆者采用雙半波整流電路，要求變壓器次級線圈的匝數(shù)加倍，并有中心抽頭。供給白光燈的直流電壓選取為12.6V，故次級繞組的電壓應(yīng)為12.6/12=10.5V(電容濾波輸出的直流電壓大約等于交流輸入電壓的1.2倍)，次級線圈的匝數(shù)等于10.53=31.5，可取為32匝，由此得到次級線圈的匝數(shù)等于64，在32匝抽出中心頭。白光燈的電流為100mA，按銅線每平方毫米允許通過3安培計算，可選用0.25線徑的漆包線，其截面積等于0.049平方毫米，容許通過的電流是147mA，大于需要的100mA，符合要求。節(jié)能燈L線圈一般采用亂繞的方式，繞制比較松，占據(jù)的空間較大，要在原線圈外加繞64匝線圈難度較大，解決的辦法可采用自耦變壓器的方式。因電路安裝在節(jié)能燈原來的燈頭內(nèi)，人體不會接觸到控斜電路，安全方面沒有問題。自耦方式的效率比較高，用料較省，而且能夠在原有的線圈骨架上繞下。具體方法是，把L線圈的匝數(shù)拆下64匝，然后用0.25左右的漆包線順著原線圈繞制的方向繞64匝，在32匝抽出中心頭。繞線圈不用加墊絕緣材料，不用繞線機(jī)用手繞就可以。若是找不到0.25的漆包線?？蓮牧硪粋€節(jié)能燈上拆下L線圈，用線圈上的0.15漆包線3股并起來繞制。線圈裝上磁芯時要注意在磁芯對接處留一個間隙。也就是在接縫處墊上一層不干膠紙，目的是避免磁芯飽和。整流二極管不能用4007(頻率低)或肖特基管(耐壓低)，應(yīng)使用FR107、RU2等快速恢復(fù)二極管。然后把電路板上的銅箔條略作改動，新增加的幾個元件都可以安裝在原來的電路板上。找來的節(jié)能燈先要試一試電路是否完好能用。電路中最容易損壞的元件是兩個13001三極管，其次是C1、C2、C5和4只整流用的1N4007二極管，其他元件損壞的可能性比較小。用萬用表檢查若元件完好。就可通電試驗。先在電源進(jìn)線中串聯(lián)一個3002W5W的電阻，一來保護(hù)電路(若萬一電路中有未查出的短路故障，有了電阻可避免故障擴(kuò)大)，二來可測量電阻上的電壓以算出電路消耗的電流和功率。首先測試電路的空載運行情況。即變壓器T2次級不接負(fù)載。通入220V交流電后，300 上的電壓在0.91.2V就說明電路工作正常。若電壓低于0.8V，表示線圈的感抗比較大，逆變電路不容易起振，電路不能輸出直流電，可用增加T2磁芯間隙的辦法來解決。也就是在磁芯的接縫處再墊上一層紙。若是300上的電壓超過1.4V，說明磁芯的間隙可能比較大。可試一試在磁芯接縫處改墊薄一些的紙。若是電壓仍然比較大，很可能變壓器內(nèi)部有短路故障，或者是電路上的其他地方有故障?？蛰d試驗正常后，下一步接上整流濾波電路和假負(fù)載電阻。根據(jù)白光燈的電壓和電流，可算出白光燈的電阻等于12.6/0.1=126， 可用一只1202W5W的電阻代替白光燈接到直流電源上。通電試驗，120 電阻上的電壓在12.413.5V就表明電路工作正常。若是電壓偏低，可增加T2次級線圈匝數(shù)或是減小C5的電容量來解決。若電壓偏高，可減少T2次級線圈的匝數(shù)或是增大C5的電容量甚至不用C5。測試完成后，取下假負(fù)載電阻，把白光燈聯(lián)接到電路板上，最后把電路板裝入燈頭內(nèi)，再把燈頭和半球形的白光燈用膠粘貼在一起，整個白光燈的制作就告完成。 白光燈正常工作時在300 上的電壓為2.8V3.2V，消耗的功率2.12.35W，對比5W 的節(jié)能燈，(試測了幾只5W節(jié)能燈，其功率均在5.2W左右)，白光燈的功率不到5W節(jié)能燈功率的一半，而實際的照明效果(在燈的正面)與5W 節(jié)能燈相當(dāng)。若當(dāng)?shù)厥须婋妷翰环€(wěn)定，可增加一個由7812組成的穩(wěn)壓電路，如圖5。為了使7812能正常工作，整流濾波后的直流電壓應(yīng)在14V16V，因此應(yīng)適當(dāng)增加T2次級線圈的匝數(shù)。圖中使用D6的目的是為了使輸出的電壓等于12.6V。電路主要由撿音器（駐極體電容器話筒），晶體管放大器和發(fā)光二極管等構(gòu)成。電路原理：靜態(tài)時，VT1處于臨界飽和狀態(tài)，使VT2截止，LED1和LED2皆不發(fā)光，R1給電容話筒MIC提供偏置電流，話筒撿取室內(nèi)環(huán)境中的聲波信號后即轉(zhuǎn)為相應(yīng)的電信號，經(jīng)電容C1送到VT1的基極進(jìn)行放大，VT1、VT2組成兩級直接耦合放大電路，只要選取合適的R2、R3使無聲波信號。VT1處于臨界飽和狀態(tài)，而以使VT處于截止?fàn)顟B(tài)，兩只LED中無電流流過而不發(fā)光，當(dāng)MIC撿取聲波信號后，就有音頻信號注入VT1的基極，其信號的負(fù)半周使VT1退出飽和狀態(tài)，VT1的集電極電壓上升。VT2導(dǎo)通，LED1和LED2點亮發(fā)光，當(dāng)輸入音頻信號較弱時，不足以使VT1退出飽和狀態(tài)，LED1和LED2仍保持熄滅狀態(tài)，只有較強(qiáng)信號輸入時，以光二極管才點亮發(fā)光，所以，LED1和LED2能隨著環(huán)境聲音（如音樂、說話）信號的強(qiáng)弱起伏而閃爍發(fā)光。元件清單VT1、 VT2 9014（BT200） 話筒 R1 4.7K R2 1MR3 10K C1 1uF/16VC2 100uF/10V LED1、LED2 發(fā)光二極管組裝與調(diào)試：1、按原理圖畫出裝配圖，然后按裝配圖進(jìn)行裝配。2、注意三極管的極性不能接錯，元件排列整齊、美觀。3、通電后先測VT的集電極電壓，使其在0.20.4之間，如果該電壓太低則施加聲音信號后，VT1不能退出飽和狀態(tài)，VT2則不能導(dǎo)通，如果該電壓超過VT2的死區(qū)電壓，則靜態(tài)時VT2就導(dǎo)通，使LED1和LED2點亮發(fā)光，所以。對于靈敏度不同的電容話筒，以及值不同的三極管，VT1的集電極電阻R3的大小要通過調(diào)試來確定。4、離話筒約0.5米距離，用普通聲音（音量適中）講話時，LED1、LED2應(yīng)隨聲音閃爍。如需大聲說話時，發(fā)光管才閃爍發(fā)光，可適當(dāng)減小R3的阻值，也可更換值更大的三極管。4-NE555和74LS00等制作LED跑馬燈 本電路采用NE555、74LS00、74LS154、74LS193和LED制作的跑馬燈，制作簡單。當(dāng)電源打開后，解碼器74LS154的輸出端Q0為低電位時，74LS193為正數(shù)計數(shù)器，LED從D1D16依次單個點燈，74LS154的輸出端Q15為低電位時，74LS193為侄數(shù)計數(shù)器，LED從D16D1依次單個點燈，LED燈從D1依次亮至D16，然后從D16返回D1，如此循環(huán)不止。LED路燈電源設(shè)計的方案直接AC輸入，對6串 LED分別做恒流控制在本文介紹的幾種方案之中，這一種方案應(yīng)該是目前效率最高、電路成本最低的方案(圖1)。直接用光電耦合器對初級側(cè)電路進(jìn)行回