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太阳能供电的高亮度白光LED闪光电路原理及设计

作者: 时间:2012-01-14 来源:网络 收藏
p;此电路采用14位2进制计算器4020实现。由4047输出的脉冲信号作为4020的脉冲输入信号,使4020进行2进制计数,达到分频目的。其特点为具有14位分频输出,可以根据不同的设计要求进行不同的输出选择,且静态功耗为1 mA。
2.2.3 单稳态触发电路
单稳态触发电路可以由简单的触发器组合而成,但是这样的电路设计稳定度不高,而且功耗比较大。为了避免上述不足,本系统采用集成芯片4538。4538为边沿触发型电路,可以根据输入信号的不同,设定为上升沿触发和下降沿触发。在本系统中,4020输出信号作为4538的输入脉冲,进行单稳态触发,其输出脉冲宽度由外接电容和电阻控制,输出脉冲周期由4020提供的输入脉冲的频率决定。最后,从4538输出端输出的信号作为LED灯的开关控制信号。
本部分设计的主要特点为充分采用中规模集成器件,达到稳定度高和静态功耗小的目的。
2.3 白光LED保护电路
2.3.1 白光LED简介
白光LED是最被看好的LED新兴产品,其在照明市场的发展潜力值得期待。与白炽钨丝灯泡及荧光灯相比,LED具有体积小(多颗、多种组合)、发热量低(没有热幅射)、耗电量小(低电压、低电流启动)、寿命长(1万小时以上)、反应速度快(可在高频操作)、环保(耐震、耐冲击不易破、废弃物可回收、没有污染)、可平面封装、易开发成轻薄短小产品等优点,没有白炽灯泡高耗电、易碎及日光灯废弃物含汞污染的问题等缺点,是被业界看好在未来lO年内,替代传统照明器具的一大潜力商品。
2.3.2 白光LED性能分析
(1)白光LED色彩,波长分析真正发射白光的LED是不存在的。这样的器件非常难以制造,因为LED的特点是只发射一个波
长。白色并不出现在色彩的光谱上;一种替代的方法是利用不同波长合成白色光。
白光LED设计中采用了一个小窍门。在发射蓝光的InGaN基料上覆盖转换材料,这种材料在受到蓝光激励时会发出黄光。于是得到了蓝光和黄光的混合物,在肉眼看来就是白色的,图4为LED发出光线的波长和正向电流示意图。由图4可以看出:白光LED的发射波长(实线)包括蓝光和黄光区域的峰值,但是在肉眼看来就是白色。肉眼的相对光敏感性(虚线)如图4所示。

但是,采用InGaN技术的LED并不像标准绿光、红光和黄光那样容易控制。InGaN LED的显示波长(色彩)会随着正向电流而改变(如图5所示)。例如,白光LED所呈现的色彩变化产生于转换材料的不同浓度,且蓝光发光InGaN材料随着正向电压的变化而产生波长变化。

当正向电流高至10 mA时,正向电压的变化很大。变化的范围大约为800 mV(有些型号二极管变化会更大一些)。电池放电引起的工作电压的变化会改变色彩,因为工作电压的变化改变了正向电流。在10 mA正向电流时,正向电压大约为3.4 V(该数值会随供应商的不同而有所不同,范围3.1 V~4.0V)。同样,不同LED之间的电流-电压特性也有较大差异。直接用电池驱动LED是很困难的,因为绝大数电池会随着放电使电压低于LED所需要的最小正向导通电压。
(2)白光LED伏安曲线和温度电流变化分析
图6和图7分别为LED的伏安曲线和温度电流曲线。由LED发光原理可以知道,白光LED的亮度变化主要是由其通电电流决定的。

由上面白光LED分析可以看出:
(1)白光LED的通电电流将影响其波长变化;
(2)当LED工作在电流为10mA到30mA区域,LED两端的电压发生微小变化时,电流将发生较大变化;
(3)LED的承受电流范围随温度的升高而变小。
为了使白光LED长期稳定工作,采取下列措施:
(1)拉开两个LED的间距,达到散热目的;
(2)采用恒流供电,使白光LED波长和亮度处于恒定状态。
由上述分析可以得出,为了使LED维持在固定亮度和色彩发光,并且延长其工作寿命,正向电流必须维持在一个稳定值,因此采取恒流措施来保证LED的稳定工作。
2.3.3 恒流保护电路
本系统将大电流CMOS管作为电子开关,并采用恒流电路对LED阵列进行恒流供电,使LED灯可以长时间稳定工作。下面介绍恒流实现方法。
图8为最基本的恒流电路原理图,图中RL为负载电阻(实际为LED阵列),Ro为采样电阻,Eg为参考电压,则输出电流Io=Eg/Ro,说明稳流电源的输出电流由基准电压Eg和采样电阻Ro决定,Eg和Ro一经确定,稳流电源的输出电流不受输出电源电压和负载影响而保持稳定。由此可知,要想获得一个稳定的输出电流,必须提供一个高精度的基准电压和采样电阻。

本系统根据上述基本原理图,采用CMOS场效应管和一个运算放大器组成基本恒流电路。在本系统中,参考电压Eg由控制电路中的4538的输出脉冲经过稳压电路(采用TL431稳压器)提供。每当4538输出一个正脉冲,将触发恒流电路中运算放大器工作,使LED点亮,达到恒流闪光的效果。

3 结束语
经测试,系统电路的静态功耗为5 mA~7 mA,具有较低的静态功耗和较高的稳定度。不同用户可以根据不同的设计要求,通过修改其中的某些部分以满足设计要求。


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