一種白光LED燈的設計

信息工程大學理學院 宋冬靈

一種白光LED燈的設計

信息工程大學理學院 宋冬靈

LED燈由于具有功率小、發光率高、環保省電、使用壽命長等優點，近年來被廣泛應用在許多場合。本文，筆者通過查閱有關LED資料，研制了一種室內用白光LED燈。該燈電路簡單，既可用于室內正常照明，又可用于停電應急照明。

一、白光LED燈的設計理念

白光LED燈既可用于室內正常照明，又可用于停電應急照明。用于室內正常照明時的功率為3.6W，亮度大于40W白熾燈的亮度；用于應急照明時的功率為0.36W，相當于一個小手電筒的亮度。正常室內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驅動電路轉換為直流電提供給LED使用，應急照明的電源由3節5#干電池提供。

二、白光LED電路設計

白光LED燈的燈珠采用目前市場上銷售的小功率LED，單珠白光LED的規格為功率0.06W，驅動電壓3.2～3.4V，電流不能超過20mA。

1.用于室內正常照明時的電路設計。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）串聯而成；第二部分是驅動電路部分，220V交流電經降壓電容器C1降壓后經整流橋U1全橋整流把交流電轉為直流電，再通過電容器C2濾波后經限流電阻R4給串聯的60珠LED提供恒流電源。在具體的電路設計中，需要有電路保護，要在電路最前面先串聯一個負溫度系數熱敏電阻R1，以保護整流橋。電路剛通電時R1的阻值較大，限制電流的輸入，正常工作時阻值變小，可以有效緩沖剛通電時的浪涌電流，保護后面的電路。如果電路在電流正弦波最大峰值時被斷電，電容C1的電荷將無法釋放，這時若人接觸到其金屬部位將會有明顯觸電感覺，所以需要給電容C1并聯一個電阻R2，用于卸放掉電容C1的電荷，保證人的安全。降壓后的交流電經整流橋U1整流后，需要一個電容C2將整流后的脈沖直流電壓濾波成平穩直流電壓，用來防止開燈時沖擊電流對LED的損害，起到開燈防沖擊保護作用。還需要一個壓敏電阻R3防止過壓，即將輸入電源中瞬間的脈沖高壓對地泄放掉，以保護LED不被瞬間高壓擊穿。給60珠LED串聯一個小阻值的限流電阻R4，不僅可以防止電壓升高和溫度升高時LED的電流增大，同時還可以短時間泄放電解電容C2兩端的電壓，避免關燈后的余光長久滯留。

2.用于應急照明時的電路設計。應急照明電源由5#干電池直接供電，這樣就不再需要交流變直流的驅動電路。由于每珠LED的額定電壓是3.2V，而每節干電池兩端的電壓是1.5V，所以需要3節干電池串聯供電，并且串聯一個電阻R5分壓。由于LED的亮度太小，所以將6珠LED（D61-D66）并聯一起照明，S1為開關，BT1為裝3節5#電池的電池盒。電路設計如圖1所示。

圖1 白光LED電路

三、白光LED的電路元件的確定

室內正常照明的功率是3.6W，需要的LED珠數為3.6/0.06= 60珠；應急照明的功率為0.36W，需要的LED珠數為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的容抗計算公式為

式中，XC為電容容抗，f為交流電源頻率，C為電容容量。流過電容的電流為

式中，I為流過電容的電流，U為電源電壓，R負為負載電阻。在220V，50Hz交流電路中，當負載電壓遠小于電容兩端電壓時，可忽略負載電阻的影響，則電流I與電容C的關系變為

這樣，I=U×2πfC=69 080C。

當電流單位取mA，電容單位取μF時，I=69C。考慮到實際電路中有負載、整流等的影響，實際取的關系式為

電流是20mA，由式（4）得電容C1為0.333μF。選取電容C1的型號為630V0.334μF。泄放電阻R2的阻值與電容C1的大小有關，C1取0.333μF時，電阻R2的經驗數據為1MΩ。對于壓敏電阻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LED的直流額定工作電壓為3.2V，60珠串聯，所以壓敏電阻的最大限制電壓應為2×3.2×60=384，與391成品接近，所以選取的壓敏電阻R3型號為10D391K。選取的其他電路元件型號為NTC5D-9熱敏電阻R1，400V4.7uf電解電容C2，470Ω電阻R4，整流器型號為2W10的全波整流。R5需要分擔的電壓為3× 1.5V-3.2V=1.3V，流經的電流是20mA，所以由公式R=U/I，得R5的阻值為65Ω。