LED照明设计专辑（一）

　　图三 LED发光二极管工作时温度与电流曲线

　　大多数电子爱好者都知道，PN结半导体器件正在向导通后，结电压VF随环境温度上升而下降，即：-2mv/℃，称PN结的负温度效应，利用该特性可制成温度传感器，但该特性在发光应用上却是致命的缺陷，直接影响它的发光效率。发光亮度、发光色度。通俗举例，常温25℃时，选择LED最佳工作电流20mA，当环境温度升到85℃，结电压VF下降，工作电流急剧增加到35-37mA，见图三，电流曲线Ⅰ，温度下降至-40℃时，结电压VF上升，最佳工作电流将从20mA减小8-10mA.，发光亮度也随电流的减少而降低，达不到场所所需的照度。

　　为了避免上述不良现象，一般在LED的相关产品上，通常需要采用一些措施。如将LED装在散热板上，或风机风冷降温或者LED采用恒流源的供电方式，不会因LED随温度上升引起电流增加，防止PN结恶性升温，或两种方法并用。实践证明，用于大功率LED灯（如广告背景灯、街灯），家散热器确实是行之有效的措施。但LED灯进入寻常百姓家就碰到如下问题了：散热板，风冷能否集约在一个普通灯头的空间；采用集成电路或诸多元器件组成的恒流源电路，它的寿命和可靠性将不取决LED，根据“木桶理论”整个系统的可靠性则将取决于某种如温升等“短板”了。

　　《无线电》杂志介绍过的南京华巨电子有限公司专为LED应用研制的具有正温度系数的热敏电阻与负温度特性的LED串联，组成一个温度系数极小电阻型负载是一个廉价且效果不错的选择。一旦工作电压确定后，串联回路中的电流，将不会随温度变化而变化，通俗地说，当LED随温度升高电流增加时，热敏电阻也随温度升高，电阻变大，阻止了回路电流上升，当LED随温度下降，电流减小时，热敏电阻也随温度下降电阻变小，阻止了回路电流的减少。当匹配得当，当环境温度在-40℃~85℃范围内变化时，LED的最佳工作电流不会明显变化，见图二电流曲线Ⅱ。（串入热敏电阻的电流曲线Ⅱ，与没有串入热敏电阻的电流曲线Ⅰ对照图）从图一可以看到，采用热敏电阻温度补偿方法与集成电路等元件组成的恒流源相比，有着异曲同工之处，但最大的差异是用一种元件就解决了LED的恒流问题，其价格、体积、寿命等优势也不言而喻。

　　该公司产正温度热敏电阻WMZD常用规格见表一。

　　表一

　　WMZD LED恒流源补偿热敏电阻为了满足要求可以多组串联使用，也可以并联使用，读者完全可以根据需要灵活选择应用以达到提高可靠性的作用。

　　3、220V交流LED驱动电路

　　由N路单元电路的电流之和，确定直流电源的输出电流，如采用输入电压有较大变化的220V AC/DC转换的直流电源，请考虑稳压措施。

　　LED灯220V交流供电的基本电路

　　LED灯220V交流供电的基本电路，220V经1A桥式整流后，接入由热敏电阻A20和5只LED/20mA组成的单元电路，共计12组，计算12组的工作电压＝（3V+3.3V×5）×12＝234V，（式中3V是恒流用5A20的压降，3.3V是LED的电压），计算电压大于220V，可放心接入220V整流电源，接入后回路电流应在18~20mA之间，因LED的电压离散性较大，在3.0V~3.6V之间，如检测回路电流大于20mA，可增添一只LED或一只5A20电阻，将电流降下来，反之可减去一只LED，将电流升上去。该LED灯实耗功率4.5W，其中用作恒流的12只A20，共耗用0.72W，直接用于发光的60只LED，共耗用3.78W，电源转换效率达84%。整组灯亮度接近8W荧光灯。本方案基本电路简单，可靠，高效，具有实用性。

　　220V桥式整流后不需要按常规并联虑波电介电容，LED可用脉动电流驱动发光，桥式整流后的电流是每秒100个连续正弦波，过零时间非常短，不会感觉有频闪现。并联电容后，虽对输出电流起平滑滤波作用，但一则增加成本，二则电介电容常处于冲电放态状，其寿命远远低于LED，因此不用为宜。

　　4、LED照明设计技巧

　　LED是冷光源，可选用色彩缤纷的塑料口杯、咖啡杯当灯罩，做成情调各异的装饰杯灯、筒灯、台灯、床头灯，另取聚乙烯塑料瓶盖、碗盖或废旧碟片，剪成与灯罩相配的形状，作电路板用，LED排例时用针穿孔定位，将两脚插入，在反面焊接，连成电路即可。做杯灯、筒灯LED调光台灯、杯灯。

　　如将上图电路稍作改变，变成LED直流调光灯，如下图。

　　晶体管三极管13002与220K电位器（带开关）组合成调光电阻，当灯全亮时，回路电流20mA，13002导通（压降0.7v）时近无功耗，当灯半亮时10mA，13002耗0.34W，当灯低亮时5mA，13002耗0.26W，该电路简单可靠，调光效果好，制作成本极低。如家中有白织灯调光台灯，也可按下图线路图接法，无需改动双向可控硅调光电路，就可变成LED交流调光灯，更节电，但是光度弱的情况下。对光敏感的人可能会有频闪感。实物见照片1.

　　做个室内日光灯或顶灯电路，用了60只LED相当8W荧光灯的亮度，明显不够，如并联成二路，用120只LED，可相当16w荧光灯。并联成三路，用180只LED，可相当25W荧光灯，以此类推。因用市电220V直接整流输出，电源内阻极小，可并联任意路灯不会引起整流输出电压变化，仅需考虑整流管的承受电流。也可以不增加并联路数，选用30mA的高亮LED（如食人鱼）或0.3W/100mA的LED，来达到提高亮度的需求。

　　LED 手电筒

　　下图是用于3.6V的。锂电池、镍氢电池或4V干式铅蓄电池供电的LED手电筒电路。

　　选用20mA/3.0V（或3.4V）的LED与5B100组成的单元电路，与电源电压3.6V（或4.0V）匹配。

　　LED 汽车车灯

　　以上LM317、LM1117属压降型DC/DC转换，在输入与输出压差较小时首选应用，但压差越大，转换效率越低，此时应选用开关型DC/DC转换电路，34063是一块通用、易购、价廉（0.60~0.80元/片）的开关升、降压集成电路，外围电路元件较少。

　　用于汽车LED车灯，输入电压12V，输出电压1.25~8V可调，最大输出电流700mA，选用1W 300mA的LED，按亮度需要可从1颗LED、2颗LED、4颗LED三种组合中任选。选用红光，黄光，白光LED，分别可做成汽车尾灯、转向灯、侧灯。选择组合2、3时，计算工作电压＝2×（0.5V＋VF}，调正R2的阻值将输出电压调到相应计算电压值（空载），接入负载后（满载），再加大R2的阻值，将回路电流微调到280~300mA，选择组合3时，应将电流微调到560~600mA。R2调正好后，防止阻值变动，应用固定电阻替代。