LED变色灯电路剖析.docx

1、LED变色灯电路剖析LED变色灯电路剖析发布日期：2010-4-8 文章来源：莱特照明 作者：莱特照明 LED变 色灯是一种新型灯泡。它的外形与一般乳白色白炽灯泡相同，但点亮后会自动按一定的时间间隔变色。循环地发出青、黄、绿、紫、蓝、红、白色光。它适用于家庭 生日派对、节日聚会、过节过年，给节日添加欢乐气氛：也可用于娱乐场所及作广告灯等。该变色灯泡的特点是，节能(耗电约1W)、寿命长、使用方便、价格便 宜。 为什么会自动变色呢?是用什么电路来实现变色昵?把LED变色灯泡拆开来瞧瞧，通过从印制板上的元器件及走线整理出电路图对该电路作了了解及分析。发现该电路设计得比较巧妙，有独到之处。现将该电路作

2、一剖析，供电路设计、开发人员及爱好者作参考。变色的光学原理 变色灯是由红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色LED组成的。双色LED是我们十分熟悉的。一般由红光LED及绿光LED组成。它可以单独发出红光或绿 光。若红光及绿光同时亮点时，红绿两种光混合成橙黄色。变色灯的变色原理如图1所示。三种基色LED分别点亮两个LED时，它可以发出黄、紫、青色(如 红、蓝两LED点亮时发出紫色光)；若红、绿、蓝三种LED同时点亮时，它会产生白光。如果有电路能使红、绿、蓝光LED分别两两点亮、单独点亮及三基色 LED同时点亮，则能按图1的情况发出七种不同颜色的光来。. 变色灯的结构框图 LED变色灯的结构框图如图2

3、所示。它由电容降压式稳压电源、LED控制器及G、R、B三基色LED阵列组成。由于这三部分都要装入灯头内，所以其电源采用电容器降压全波整流及稳压二极管稳压的简单电路。. 电源输出15V电压供LED阵列，输出14.6V供LED控制器。控制器的输出端(1、2、3)中有一个是低电平时(如1为低电平)，则绿色LED亮，若三个输出端都是低电平时，则发出白光(绿、红、蓝光LED都亮)。 LED控制器是变色灯的关键，它是由CD4060来承担的，先介绍一下CD4060。CD4060简介 CD4060是4000系列CMOS器件中的一种，是14位二进制计数器。它内部有两反相器，外接两个电阻及一个电容就可组成振荡器，

4、作为时钟发生器。输 入时钟脉冲时(下降沿)，输出端输出记数脉冲。它有一个复位端(Reset)，当复位端为高电平时所有输出端都是低电平，如表1所示。. CD4060为16管脚DIP封装，各管脚排列如图3所示。其中Clock in是时钟脉冲输入，Clock out1及Clockout2是时钟脉冲输出(相位差180，Reset是复位输入端(高电平有效)Q4Q14是二进制记数脉冲输出端，Vdd为电 源正端(318V)Vss为电源负端。. 变色灯的电路图. LED变色灯的电路如图4所示。它由电源部分、变色控制部分及三基色LED阵列组成，现分别介绍其工作原理： 1电源部分由降压电容C1、全波整流D1D4及

5、稳压二极管D5组成的电容降压式电路是很典型的AC/DC转换电路。经15V的稳压二极管稳压后(严 格地说是被限幅后)作为驱动LED阵列的电源经D6、C2滤波后(约145V)的电压供CD4060及复位的电压(高电平)。与电容C1并联的电阻 R1是断开电源后，C1上的电荷经R1放电，防止灯头上带电。 这种电源的特点是，当负载的电压远小于220V时，负载上电流IL69C(C为降压电容，单位为uF，IL的单位为mA)。例如，C=0.47 u F时，流过负载的电流约32.4mA，并且这个电流是比较稳定的：另外，这种电源尺寸小(占空间小)。其缺点是对市电是不隔离的，要求封闭在灯头内，并有 良好的绝缘。 2变

6、色控制部分变色控制部分由二进制记数器CD4060承担。时钟脉冲信号不采用一般的振荡器电路(CD4060内部有两个反相器，外接两个电阻、一 个电容即可组成振荡器)，而在电源电路中串接R5，在R5上的50Hz交流电压经R3、C3组成的微分电路形成尖脉冲作为时钟脉冲信号。在输出记数脉冲中 选择Q8、Q9、Q10三端与LED负极连接。当记数脉冲输出低电平时，相应的LED串被点亮。Q8、Q9、Q10的输出时序如图5所示。50Hz的周期 为0.02s，Q8的周期为5.12s，Q9的周期为10.24s，Q10的周期为20.48s。. Q8接红色LED串的负极、Q9接蓝色LED的负极、Q10接绿色LED串的负

7、极则在Q8为高电平、Q9、Q10为低电平时，蓝光、绿光LED串亮，混色后发出青光(因Q9、Q10为低电平，Reset端为低电平)。经过2.56s后变成R、G亮，发出黄光。 在图5的时序图中，可以看到Q8到第4个周期时，Q8、Q9、Q10输出都是高电平，则三串LED都灭。为避免在变色过程中出现这种情况，在电路中增加了D7D9三个二极管，并由R4连接到复位端(Reset)。 在刚出现Q8、Q9、Q10三端都是高电平时，此时12脚(Reset)上出现高电平。器件被复位，使Q4-Q14各输出端都为低电平(见附表)。一旦 Q8、Q9、Q10出现低电平，红、绿、蓝光LED都亮，灯光成白光，即在出现红光后，

8、当红光结束，马上变成白光，Reset端马上变成低电平，跳过了 2.56s的灭灯情况，这是电路上设计的巧妙之处。 3三基色LED阵列三基色LED(B、R、G)每串有4个LED串联而成。由于红、绿色LED的管压降与蓝色LED的管压降不同及各种发光二极管的发光 强度不同，在LED串接回路中设置了不同的限流电阻一方面强制了LED的电流另外也使发光亮度匹配更好。LED采用视角大、亮度高的草帽型。 在图4的电路中，降压电容器C1采用了耐压250V的，虽然250V耐压的电容的实际耐压值是大于300V的，若市电的最高值是242V，其峰值电压是341V。采用耐压400V的更安全。外形与印制板 LED变色灯泡的外

9、形如图6所示。. 乳白色玻璃外罩的直径为60 mm。印制板分两块，一块是电源部分及控制器部分，另一块是LED阵列。电源部分及控制器部分的印制板图如图7所示(印制板外圆尺寸38mm)。图中仅 示出有关元器件位置及印制板的走线(并未按比例画)。LED阵列的印制板如图8所示(并未按比例画)。仅表示各色LED的排列及印制板的走线。两印制板之 间有4条连接线连接，在两印制板间有绝缘垫隔离。. 这里要指出的是，外部灯泡必须采用乳白色的。这样才能较好的混色，不可采用透明的材料。 这种变色灯泡的功率约1W，比较省电，但亮度差一点，比较新颖、效果不错。LED保护电路基础知识发布日期：2010-4-8 文章来源：

10、莱特照明 作者：莱特照明 在实际工作中是以20mA的电流为上限，但往往会由于在使用中的各种原因而造成电流增大，如果不採取保护措施，这种增大的电流超过一定的时间和幅度后LED就会损坏。下面介绍造成LED损坏的原因主要有：供电电压的突然升高。线路中某个元件或印製线条或其他导线的短路而形成LED供电通路的局部短路，使这个地方的电压增高。某个LED因为自身的品质原因损坏因而形成短路，它原有的电压降就转嫁到其他LED上。灯具内的温度过高，使LED的特性变坏。灯具内部进了水，水是导电的。在装配的时候没有做好防静电的工作，使LED的内部已经被静电所伤害。儘管施加的是正常电压和电流值，也是极易造成LED的损坏

11、。那麽，我该怎麽样进行LED电路的保护呢？以下是一些心得分享：1.保护电路中採用保险丝(管)由于保险丝是一次性的，且反应速度慢，效果差、使用麻烦，所以保险丝不适宜用于LED灯成品中，因为LED灯现在主要是在城市的光彩工程和亮化工程。它要求LED保护电路要很苛刻：在超出正常使用电流时能立即启动保护，让LED的供电通路就被断开，使LED和电源都能得到保护，在整个灯正常后又能够自动恢复供电，不影响LED工作。电路不能太複杂体积不能太大，成本还要低。所以採用保险丝的方式实现起来很困难。2.使用瞬态电压抑制二极体（简称TVS）瞬态电压抑制二极体是一种二极体形式的高效能保护器件。当它的两极受到反向瞬态高能

12、量冲击时，能以10的负12次 方秒极短时间的速度，使自己两极间的高阻立即降低为低阻，吸收高达数千瓦的浪涌功率，把两极间的电压箝位元在一个预定的电压值，有效的保护了电子线路中的 精密元器件。瞬态电压抑制二极体具有回应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差一致性好、箝位元电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。但是在实际使用中发现要寻找满足要求电压值的TVS器件很不容易。LED光珠的损坏主要是因为电流过大使晶片内部过热造成的。TVS只能探测过电压不能探测过电流。要选择合适的电压保护点很难掌握，这种器件就无法生产也就很难在实际中使用。3.选择自恢复保险丝自恢复保险丝又称为高分子聚合物正温度热敏电

13、阻PTC，是由聚合物与导电粒子等构成。在经过特殊加工后，导电粒子在聚合物中构成链状导电通路。当正常工作电流通过（或元件处于正常环境温度）时，PTC自恢复保险丝呈低阻状态；当电路中有异常过电流通过（或环境温度升高）时，大电流（或环境温度升高）所产生的热量使聚合物迅速膨胀，也就切断了导电粒子所构成的导电通路，PTC自恢复保险丝呈高阻状态；当电路中过电流（超温状态）消失后，聚合物冷却，体积恢复正常，其中导电粒子又重新构成导电通路，PTC自恢复保险丝又呈初始的低阻状态。在正常工作状态自恢复保险管的发热很小，在异常工作状态它的发热很高阻值就很大，也就限制了通过它的电流，从而起到了保护作用。在具体的电路中，可以选择：分路保护。一般LED灯是分成很多串接支路。我们可以在每个支路的前面加一支PTC元件分别进行保护。这种方式的好处是精确性高，保护的可靠性好。总体保护。在所有光珠的前面加接一支PTC元件，对整灯进行保护。这种方式的好处是简单，不占体积。对于民用产品来说，这种保护在实际使用中的结果还是令人满意的。