白光LED照明电路的应用实例

白光LED照明电路采用白色发光二极管作为电光源。LED照明灯可以说是本世纪最有发展前途的电光源之一，由于LED固体电光源具有绿色环保、节能高效的明显优点，LED照明电路的应用也越来越广泛。

LED台灯电路

利用多个白光LED组成LED阵列，即可构成LED台灯。图2-33所示为LED台灯电路，电路中采用了20个高亮度白光LED组成发光阵列，照明效果良好。

图2-33　LED台灯电路

(1)白光LED的发光原理

LED(发光二极管)是一种将电能直接转换成光能的半导体器件。早期的LED主要用作电子设备的指示灯。白光LED的开发成功，使得LED照明成为现实。

白光LED的基本结构如图2-34所示，由蓝光LED芯片与黄色荧光粉复合而成。蓝光LED芯片在通过足够的正向电流时会发出蓝光，这些蓝光一部分被荧光粉吸收激发荧光粉发出黄光，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，最终得到白光。

图2-34　白光LED基本结构

(2)驱动电路

电源变压器T和整流桥堆UR构成整流电路，将220V市电整流为18V直流电压，再经 C 滤波后作为照明电源。

20个LED每5个串联成一串，共4串并联，组成台灯的照明阵列。这样安排的好处，一是5个LED串联的总电流与一个LED的电流相等，有利于降低总电流;二是4串LED并联，如果有LED损坏，不影响其他串LED继续照明。

(3)恒流供电

为了进一步提高照明质量和效果，可以对LED照明阵列实行恒流供电。图2-35所示为具有恒流源的LED台灯电路，场效应管VT与电阻 R 构成恒流源。

图2-35　具有恒流源的LED台灯电路

结型场效应管可以方便地构成恒流源，如图2-36所示。恒流原理是，如果通过场效应管的漏极电流 I D 因故增大，源极电阻 R S 上形成的负栅压也随之增大，迫使 I D 回落;如果通过场效应管的漏极电流 I D 因故减小，源极电阻 R S 上形成的负栅压也随之减小，迫使 I D 回升，最终使电流 I D 保持恒定。恒定电流 I D =

，式中 U p 为场效应管的夹断电压。

图2-36　场效应管恒流源

我们知道，LED是电流驱动型器件，电流的变化会影响LED的发光强度和光色。采用恒流源供电后，电源电压的波动将不再影响LED的驱动电流，LED的发光强度和光色得到稳定，照明质量和效果大大改善。

LED路灯电路

图2-41所示为节能环保的LED路灯电路，采用电容降压全波整流电源电路，200个白光LED组成照明LED阵列。

图2-41　LED路灯电路

电路中， C 1 是降压限流电容，UR是整流全桥， C 2 是滤波电容， R 是LED的限流电阻，FU是熔断器，S是电源开关。该电路简洁、可靠、效率高，工作原理如下。交流220V市电经 C 1 降压限流、UR全波整流、 C 2 滤波后，成为直流电压驱动LED阵列发光。

LED阵列的安排是，在空间排列上为20个×10列;在电气连接上每100个LED相串联，共两串再并联。这样连接的优点是充分利用电容降压整流电源的空载电压高、输出电流较小的特性，100个LED串联后管压降是单个LED的100倍，而工作电流与单个LED相同，提高了电源利用率，降低了总电流。

LED手电筒电路

LED手电筒是一种节能环保的便携式照明设备，它的前端安装有5～8个白光LED作为电光源，使用电池供电。

1.5V手电筒仅用一节电池供电，体积小、重量轻。由于LED自身具有近2V的管压降，1.5V并不能正常点亮LED，因此升压电路是必需的。图2-42所示为具有升压功能的1.5V手电筒电路。

图2-42　1.5V手电筒电路

PNP晶体管VT 1 、NPN晶体管VT 2 、储能电感L、反馈电容 C 、电阻 R 1 和 R 2 等构成升压电路，将电池提供的1.5V电压升压为3V电压，驱动LED发光。VD 1 ～VD 8 为8个高亮度白光LED。

电路是利用储能电感L的自感电动势实现升压的，现在我们来分析升压电路的工作原理。

接通电源后，PNP晶体管VT 1 因 R 1 提供基极偏流而导通，进而通过 R 2 使VT 2 也导通，将电感L和电容 C 的右端接电源负端。由于电容 C 两端电压不能突变，致使VT 1 (PNP管)因基极电位更低而进入深度饱和状态，并向VT 2 提供更大的基极偏流使其也进入深度饱和状态。这时1.5V电源经VT 1 发射极-基极向 C 充电。

随着 C 充电的完成，VT 1 (PNP管)因基极电位升高而退出饱和状态，并使VT 2 也退出饱和状态，VT 2 集电极电位升高又通过 C 反馈到VT 1 基极，导致两管迅速截止， C 开始放电。随着 C 放电的完成，两管退出截止，电路又回到初始状态。

如此周而复始形成振荡，晶体管VT 2 不断地导通、截止。在VT 2 导通时，电流流经电感L使其储能。在VT 2 截止时，电感L产生自感电动势，与1.5V电源电压叠加使LED发光。

太阳能LED手电筒电路

太阳能LED手电筒利用光伏电池产生电能，储存于镍氢电池中，供白光LED照明用，是一种几乎不消耗能源的绿色清洁照明设备。图2-46所示为太阳能LED手电筒电路，采用6个高亮度白光LED作为电光源，两节镍氢电池组成蓄电池组。

图2-46　太阳能LED手电筒电路

在阳光照射下，光伏电池BP产生电能，经二极管VD 7 向蓄电池组GB充电。由于光伏电池产生的电流很小，属于涓流充电，因此省去了充电限流控制电路。VD 7 的作用是防止无光照时蓄电池组的电能向光伏电池倒流。

打开电源开关S后，蓄电池组GB便向白光LED(VD 1 ～VD 6 )供电使其发光照明。 R 是VD 1 ～VD 6 的限流电阻。太阳能LED手电筒在阳光、灯光下均能充电，甚至在阴雨天的光照下也能充电，使用十分方便。

LED应急灯

应急灯的功能是在市电电源发生故障而失去照明时，自动提供临时的应急照明。LED应急灯具有启动快、效率高的特点，广泛应用于机关、学校、商场、展览馆、影剧院、车站码头和机场等公共场所的应急照明。

图2-47所示为LED应急灯电路图，包括整流电源、充电电路、市电检测、光控、电子开关和LED照明灯等组成部分，图2-48所示为LED应急灯方框图。

图2-47　LED应急灯电路图

图2-48　LED应急灯方框图

(1)整流电源与充电电路

电源变压器T、整流全桥UR和滤波电容 C 1 组成整流电源电路，将交流220V市电转换为9V直流电压，经 R 3 、VD 1 向6V蓄电池GB充电。 R 3 是充电限流电阻，VD 1 的作用是在市电停电时阻止蓄电池向整流电路倒灌电流。

(2)检测与控制电路

控制电路的核心是高速开关集成电路TWH8778(IC)，其内部设有过压、过流、过热等保护电路，具有开启电压低、开关速度快、通用性强、外围电路简单的特点，并可方便地连接电压控制和光控等，特别适合电路的自动控制。

TWH8778的第1脚为输入端，第2脚为输出端，第5脚为控制端。当控制端有1.6V以上的开启电压时，TWH8778导通，电源电压从第2脚输出至后续电路。电阻 R 4 、 R 5 将输入端电压分压后，作为控制端的开启电压。

电阻 R 1 、 R 2 和晶体管VT 1 组成市电检测电路。市电正常时，滤波电容 C 1 上的9V直流电压经 R 1 、 R 2 分压后，使晶体管VT 1 导通，将 R 5 上的开启电压短路到地，TWH8778因无开启电压而截止。市电因故停电时，晶体管VT 1 因无基极偏压而截止， R 5 上的开启电压使TWH8778导通。

光敏晶体管VT 2 构成光控电路。白天光敏晶体管VT 2 有光照而导通，将 R 5 上的开启电压短路到地，TWH8778因无开启电压而截止。夜晚光敏晶体管VT 2 无光照而截止， R 5 上的开启电压使TWH8778导通。

(3)LED照明光源

6个高亮度白光LED(VD 2 ～VD 7 )组成照明灯，受电子开关TWH8778控制。在市电检测电路和光控电路的共同作用下，市电正常时应急灯不亮，蓄电池充电。白天市电断电时应急灯仍不亮。只有在夜晚市电断电时，电子开关TWH8778导通，应急灯才点亮。