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将 LED 应用于照明电路的讨论

LED 具有发光效率高、使用寿命长、不污染环境等优点,我国已经启动了“半导体照明工程”,将其作为新一代的绿色照明光源来进行开发。高亮度白色 LED 单体正常的工作电压约为 3V ,将其用于交流电压为

  LED|0″>LED 具有发光功率高、运用寿命长、不污染环境等长处,我国现已启动了“半导体照明工程”,将其作为新一代的绿色照明光源来进行开发。高亮度白色 LED 单体正常的作业电压约为 3V ,将其用于沟通电压为 220V 的照明电路时,需要将数十只 LED 串联运用。此刻 LED 自身的特性与沟通电压的动摇就成为了两个不行疏忽的要素。 LED 的动态电阻很小,正常作业时,加在其两头的电压有必要坚持相对安稳。例如:某类型φ 5mm 高亮度白色 LED ,正常作业时的电压为 3.1V ,对应的电流为 12mA ,而当电压添加到 3.2V 时,电流添加到 22mA ,其亮度却添加无几,当电压添加到 3.3V ,电流添加到 39mA 时, LED 很简略发热烧坏。一起,因为元件参数的分散性,当电压添加时,各 LED 添加电流的不同有时会到达数倍之多。因而,在将数十只 LED 串联运用时,操控经过 LED 的电流要比操控每一只 LED 两头的电压简略得多。

  实践上,只要将经过这串 LED 的电流操控在。 10mA ~ 15mA ,则各个 LED 两头的电压有少量不同并不影响其正常运用。

  沟通电压的动摇对串联 LED 影响很大。

  如图 1 所示电路:假定 220V 的沟通电经过整流和滤波后在 C 上发生约 310V 的直流电压,而每只 LED 的电压为 3.1V ,那么 85 只串联的 LED 上的电压便是 263.5V , R2 上的电压为 46.5V ,经过 R2 的电流即经过 LED 串的电流为 46.5 ÷ 3.9=12mA ,这串 LED 正常作业。电阻上的电压占总电压的 15 %,即电路的功率为 85 %。因为电源电压实践上存在着± 10 %的动摇,当沟通电压降到 198V 时 ,C 上的直流电压降到 279V 左右,这时 LED 串上的电压根本坚持不变,而 R2 上的电压降到 15.5V ,使经过 LED 串的电流削减到 4mA 左右,导致其亮度大幅度下降。假如沟通电压降到 190V 以下,还会呈现 LED 串不能发光的状况,所以这个电路不能用于正常动摇的沟通电压。为了习惯电源电压的改动,能够增大 R2 的阻值,削减 LED 的个数。例如,将 R2 增大到 13k Ω, LED 削减到 50 只时,对应 220V 沟通电压,经过 LED 的电流仍为 12mA ,而对应 198V 沟通电压,经过 LED 的电流为 9.5mA ,这时 LED 串的亮度改动不大。但此刻,对应 220V 的沟通电压,电阻 R2 上的电压占到了总电压的一半,即有一半的功耗被 R2 耗费。

  为了进步电路的功率,能够运用电容器替代电阻来约束经过 LED 的电流。因为电容器实践并不耗费电能,故能够在坚持必定的电压习惯才能前提下进步电路的功率。在图 2 所示电路中,沟通电经 C1 降压 ( 限流 ) ,并经整流、滤波后为 54 只串联的 LED 供电,经过 LED 串的电流约 12mA ,而 LED 串上的电压降只要 170V 左右,所以当电源电压正常动摇时,经过 LED 串的电流改动也较小。只要当沟通电的电压下降到 190V 以下时,经过 LED 串的电流才会降到 10mA 以下,而降到 130V 以下时, LED 串才会平息,其应对沟通电压抗动摇的才能要比图 1 的电路强。图 2 电路的弊端在于:接通电源的瞬间会发生较大的浪涌电流,且沟通电除了存在正常的动摇之外,还夹杂着许多无规律的脉冲状噪音搅扰,而 C1 的抗脉冲搅扰的才能很差,当电路中呈现噪音搅扰时,也会有很大的浪涌电流经过 LED ,使之瞬间击穿。尽管从理论上讲, C2 对噪音搅扰具有必定的吸收效果,可是实践上 C2 用的都是电解电容器,应对噪音搅扰的效果较差。

  假如将 C2 换成聚丙烯电容或许在 C2 两头并联小容量的聚丙烯电容,状况会有所改观。

  还有一种电路,是经过电容分压后直接用沟通电点亮 LED 的,它也不能战胜电容器的抗噪音搅扰的才能差的缺陷,一起仅当沟通电的瞬时值大于整个 LED 串的导通电压时,才有电流经过 LED ,即在沟通电的一个周期内,大部分时刻 LED 并不发光。为了添加亮度,势必要添加 LED 的数目,这明显不太适宜。

  经过上述电路剖析,能够得到如下的启示:关于多只串联的 LED 来说,用安稳的电流供电要比用安稳的电压供电简略牢靠。为了防止浪涌电流将 LED 瞬时击穿,并统筹电路的功率,能够用稳流电源替代图 1 中的限流电阻 R2 。稳流电源的动态电阻很大,与 LED 动态电阻很小的特色刚好能够互补。据此笔者制造了图 3 的电路, 220V 沟通电经过整流和滤波后发生约 3 。 10V 的直流电压,经过由 V1 与 V2 组成的互补型稳流电源为 85 只串联的白色高亮度 LED 供电。 V1 输出的安稳电流经过 D2 为 V2 供给基准电压, V2 输出的安稳电流经过 D1 为 V1 供给基准电压,且 V1 与 V2 各输出 1 / 2 的安稳电流,所以电路的安稳度很高。 D1 、 D2 也运用白色高亮度 LED , R2 、 R3 上的电压约为 2 . 4V ,调理 R2 、 R3 的阻值可将经过 LED 串的电流操控在 10mA ~ 15mA 之间。在这里,稳流电源适当于一个可变电阻,它会跟着电源电压的改动而改动其阻抗,使经过 LED 串的电流不至于发生太大的改动,当沟通电压从 220V 降到 195V 时,其两头的电压从 46.5V 降到 8V 左右,而输出的电流根本坚持不变,一起它抗噪音搅扰的效果也远好于电解电容器,很大的动态电阻能够有效地按捺浪涌电流的发生。

  笔者参阅图 3 的电路,制造的一个 LED 台灯,运用一年多从没呈现过任何意外。可是该电路依然存在两个问题:一是当电压从 195V 开端持续下降时,它的亮度就会敏捷削弱,然后平息;二是稳流电源是一个阻性负荷,仍会耗费必定的电能,在本电路中大约为 15 %左右。

  将图 2 与图 3 电路结合起来:运用 C1 的限流效果来习惯电源电压的正常动摇,运用稳流电源的大动态电阻来按捺噪音搅扰引发的浪涌电流,是一个不错的办法。据此得到图 4 的电路:经过 LED 串的电流由 C1 操控在 12mA 左右,当沟通电压为 220V 时, V1 、 V2 处于浅饱和状况,稳流电源上的电压降约为 6V 左右;当沟通电压大于 220V 时, V1 、 V2 进入扩大状况,并发挥稳流效果;而当沟通电中呈现脉冲状的噪音搅扰时,稳流电源就会作出反应,将浪涌电流操控在 20mA 以内,然后确保 LED 串不至被击穿。图 4 与图 2 的电路功能适当,但牢靠性更高。因为 D1 、 D2 也是高亮度的白色 LED ,所以 LED 的总数仍为 54 只。

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