白光LED照明電路的工作原理

白光LED照明電路採用白色發光二極體作為電光源。LED照明燈可以說是本世紀最有發展前途的電光源之一，由於LED固體電光源具有綠色環保、節能高效的明顯優點，LED照明電路的應用也越來越廣泛。

LED檯燈電路

利用多個白光LED組成LED陣列，即可構成LED檯燈。圖2-33所示為LED檯燈電路，電路中採用了20個高亮度白光LED組成發光陣列，照明效果良好。

圖2-33　LED檯燈電路

(1)白光LED的發光原理

LED(發光二極體)是一種將電能直接轉換成光能的半導體器件。早期的LED主要用作電子設備的指示燈。白光LED的開發成功，使得LED照明成為現實。

白光LED的基本結構如圖2-34所示，由藍光LED晶片與黃色螢光粉複合而成。藍光LED晶片在通過足夠的正向電流時會發出藍光，這些藍光一部分被螢光粉吸收激發螢光粉發出黃光，另一部分藍光與螢光粉發出的黃光混合，最終得到白光。

圖2-34　白光LED基本結構

(2)驅動電路

電源變壓器T和整流橋堆UR構成整流電路，將220V市電整流為18V直流電壓，再經 C 濾波後作為照明電源。

20個LED每5個串聯成一串，共4串並聯，組成檯燈的照明陣列。這樣安排的好處，一是5個LED串聯的總電流與一個LED的電流相等，有利於降低總電流;二是4串LED並聯，如果有LED損壞，不影響其他串LED繼續照明。

(3)恆流供電

為了進一步提高照明質量和效果，可以對LED照明陣列實行恆流供電。圖2-35所示為具有恆流源的LED檯燈電路，場效應管VT與電阻 R 構成恆流源。

圖2-35　具有恆流源的LED檯燈電路

結型場效應管可以方便地構成恆流源，如圖2-36所示。恆流原理是，如果通過場效應管的漏極電流 I D 因故增大，源極電阻 R S 上形成的負柵壓也隨之增大，迫使 I D 回落;如果通過場效應管的漏極電流 I D 因故減小，源極電阻 R S 上形成的負柵壓也隨之減小，迫使 I D 回升，最終使電流 I D 保持恆定。恆定電流 I D =

，式中 U p 為場效應管的夾斷電壓。

圖2-36　場效應管恆流源

我們知道，LED是電流驅動型器件，電流的變化會影響LED的發光強度和光色。採用恆流源供電後，電源電壓的波動將不再影響LED的驅動電流，LED的發光強度和光色得到穩定，照明質量和效果大大改善。

LED路燈電路

圖2-41所示為節能環保的LED路燈電路，採用電容降壓全波整流電源電路，200個白光LED組成照明LED陣列。

圖2-41　LED路燈電路

電路中， C 1 是降壓限流電容，UR是整流全橋， C 2 是濾波電容， R 是LED的限流電阻，FU是熔斷器，S是電源開關。該電路簡潔、可靠、效率高，工作原理如下。交流220V市電經 C 1 降壓限流、UR全波整流、 C 2 濾波後，成為直流電壓驅動LED陣列發光。

LED陣列的安排是，在空間排列上為20個×10列;在電氣連接上每100個LED相串聯，共兩串再並聯。這樣連接的優點是充分利用電容降壓整流電源的空載電壓高、輸出電流較小的特性，100個LED串聯後管壓降是單個LED的100倍，而工作電流與單個LED相同，提高了電源利用率，降低了總電流。

LED手電筒電路

LED手電筒是一種節能環保的可攜式照明設備，它的前端安裝有5～8個白光LED作為電光源，使用電池供電。

1.5V手電筒僅用一節電池供電，體積小、重量輕。由於LED自身具有近2V的管壓降，1.5V並不能正常點亮LED，因此升壓電路是必需的。圖2-42所示為具有升壓功能的1.5V手電筒電路。

圖2-42　1.5V手電筒電路

PNP電晶體VT 1 、NPN電晶體VT 2 、儲能電感L、反饋電容 C 、電阻 R 1 和 R 2 等構成升壓電路，將電池提供的1.5V電壓升壓為3V電壓，驅動LED發光。VD 1 ～VD 8 為8個高亮度白光LED。

電路是利用儲能電感L的自感電動勢實現升壓的，現在我們來分析升壓電路的工作原理。

接通電源後，PNP電晶體VT 1 因 R 1 提供基極偏流而導通，進而通過 R 2 使VT 2 也導通，將電感L和電容 C 的右端接電源負端。由於電容 C 兩端電壓不能突變，致使VT 1 (PNP管)因基極電位更低而進入深度飽和狀態，並向VT 2 提供更大的基極偏流使其也進入深度飽和狀態。這時1.5V電源經VT 1 發射極-基極向 C 充電。

隨著 C 充電的完成，VT 1 (PNP管)因基極電位升高而退出飽和狀態，並使VT 2 也退出飽和狀態，VT 2 集電極電位升高又通過 C 反饋到VT 1 基極，導致兩管迅速截止， C 開始放電。隨著 C 放電的完成，兩管退出截止，電路又回到初始狀態。

如此周而復始形成振蕩，電晶體VT 2 不斷地導通、截止。在VT 2 導通時，電流流經電感L使其儲能。在VT 2 截止時，電感L產生自感電動勢，與1.5V電源電壓疊加使LED發光。

太陽能LED手電筒電路

太陽能LED手電筒利用光伏電池產生電能，儲存於鎳氫電池中，供白光LED照明用，是一種幾乎不消耗能源的綠色清潔照明設備。圖2-46所示為太陽能LED手電筒電路，採用6個高亮度白光LED作為電光源，兩節鎳氫電池組成蓄電池組。

圖2-46　太陽能LED手電筒電路

在陽光照射下，光伏電池BP產生電能，經二極體VD 7 向蓄電池組GB充電。由於光伏電池產生的電流很小，屬於涓流充電，因此省去了充電限流控制電路。VD 7 的作用是防止無光照時蓄電池組的電能向光伏電池倒流。

打開電源開關S後，蓄電池組GB便向白光LED(VD 1 ～VD 6 )供電使其發光照明。 R 是VD 1 ～VD 6 的限流電阻。太陽能LED手電筒在陽光、燈光下均能充電，甚至在陰雨天的光照下也能充電，使用十分方便。

LED應急燈

應急燈的功能是在市電電源發生故障而失去照明時，自動提供臨時的應急照明。LED應急燈具有啟動快、效率高的特點，廣泛應用於機關、學校、商場、展覽館、影劇院、車站碼頭和機場等公共場所的應急照明。

圖2-47所示為LED應急燈電路圖，包括整流電源、充電電路、市電檢測、光控、電子開關和LED照明燈等組成部分，圖2-48所示為LED應急燈方框圖。

圖2-47　LED應急燈電路圖

圖2-48　LED應急燈方框圖

(1)整流電源與充電電路

電源變壓器T、整流全橋UR和濾波電容 C 1 組成整流電源電路，將交流220V市電轉換為9V直流電壓，經 R 3 、VD 1 向6V蓄電池GB充電。 R 3 是充電限流電阻，VD 1 的作用是在市電停電時阻止蓄電池向整流電路倒灌電流。

(2)檢測與控制電路

控制電路的核心是高速開關集成電路TWH8778(IC)，其內部設有過壓、過流、過熱等保護電路，具有開啟電壓低、開關速度快、通用性強、外圍電路簡單的特點，並可方便地連接電壓控制和光控等，特別適合電路的自動控制。

TWH8778的第1腳為輸入端，第2腳為輸出端，第5腳為控制端。當控制端有1.6V以上的開啟電壓時，TWH8778導通，電源電壓從第2腳輸出至後續電路。電阻 R 4 、 R 5 將輸入端電壓分壓後，作為控制端的開啟電壓。

電阻 R 1 、 R 2 和電晶體VT 1 組成市電檢測電路。市電正常時，濾波電容 C 1 上的9V直流電壓經 R 1 、 R 2 分壓後，使電晶體VT 1 導通，將 R 5 上的開啟電壓短路到地，TWH8778因無開啟電壓而截止。市電因故停電時，電晶體VT 1 因無基極偏壓而截止， R 5 上的開啟電壓使TWH8778導通。

光敏電晶體VT 2 構成光控電路。白天光敏電晶體VT 2 有光照而導通，將 R 5 上的開啟電壓短路到地，TWH8778因無開啟電壓而截止。夜晚光敏電晶體VT 2 無光照而截止， R 5 上的開啟電壓使TWH8778導通。

(3)LED照明光源

6個高亮度白光LED(VD 2 ～VD 7 )組成照明燈，受電子開關TWH8778控制。在市電檢測電路和光控電路的共同作用下，市電正常時應急燈不亮，蓄電池充電。白天市電斷電時應急燈仍不亮。只有在夜晚市電斷電時，電子開關TWH8778導通，應急燈才點亮。