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LED控制器使LED灯变色原理

LED 变色灯是一种新型灯泡。它的外形与一般乳白色白炽灯泡相同,但点亮 后会自动按一定的时间间隔变色。 循环地发出青、 黄、 绿、 紫、 蓝、 红、 白色光。 它适用于家庭生日派对、节日聚会、过节过年,给节日添加欢乐气氛:也可用于 娱乐场所及作广告灯等。该变色灯泡的特点是,节能 (耗电约 1W) 、寿命长、使 用方便、价格便宜。
 
变色的光学原理
 
变色灯是由红 (R)、绿 (G)、蓝 (B)三基色 LED 组成的。双色 LED 是我们十分熟悉的。一般由红光 LED 及绿光 LED
 
组成。它可以单独发出红光或绿光。若红光及绿光同时亮点时,红绿两种光混合成橙黄色。变色灯的变色原理如图 1
 
所示。三种基色 LED 分别点亮两个 LED时,它可以发出黄、紫、青色 (如红、蓝两 LED 点亮时发出紫色光 ) ;若红、绿、蓝三种 LED 同时点亮时, 它会产生白光。如果有电路能使红、绿、蓝光 LED 分别两两点亮、单独点亮及三基色 LED 同时点亮,则能按图 1的情况发出七种不同颜色的光来。
 
LED变色灯的结构框图如图 2所示。它由电容降压式稳压电源、 LED 控制器 及 G 、 R 、 B 三基色 LED 阵列组成。由于这三部分都要装入灯头内,所以其电源采 用电容器降压.全波整流及稳压二极管稳压的简单电路。
 
变色灯的结构
 
框图
 
LED控制器
 
电源输出
 
15V 电压供 LED
 
阵列,输出 14.6V 供 LED 控制器。控制器的输出端 (1、 2、 3) 中有一个是低电平 时 (如 1为低电平 ) , 则绿色 LED 亮, 若三个输出端都是低电平时, 则发出白光 (绿、 红、蓝光 LED 都亮 ) 。
 
LED控制器是变色灯的关键, 它是由 CD4060来承担的, 先介绍一下 CD4060。
 
CD4060简介
 
CD4060是 4000系列 CMOS 器件中的一种,是 14位二进制计数器。它内部有两反相器,外接两个电阻及一个电容就可组成振荡器,作为时钟发生器。 输入时钟脉冲时 (下降沿 ) , 输出端输出记数脉冲。 它有一个复位端 (Reset), 当复位端为高电平时.所有输出端都是低电平,如
 
表 1所示。
 
LEDD控制器
 
CD4060为 16管脚 DIP 封装,各管脚排列如图 3所示。其中 Clock in是时钟脉 冲输入, Clock out1及 Clockout2是时钟脉冲输出 (相位差 180°, Reset 是复 位输入端 (高电平有效 ) . Q4~Q14是二进制记数脉冲输出端, Vdd 为电源正端 (3~18V) . Vss 为电源负端。
 
LED变色灯的电路如图所示。它由电源部分、变色控制部分及三基色 LED 阵 列组成,现分别介绍其工作原理:
 
1.电源部分 由降压电容 C2、全波整流 D2~D5及稳压二极管 D4组成的电 容降压式电路是很典型的 AC/DC转换电路。
 
经 15V 的稳压二极管稳压后 (严格地说是被限幅后 ) 作为驱动LED 阵列的电源.经D1、 C1滤波后 (约14. 5V) 的电压供
 
CD4060及复位的电压(高电平 ) 。与电容 C2并联的电阻 R4是断开电源后, C2上的电荷经 R4放电,防止灯头上带电。
 
这种电源的特点是,当负载的电压远小于 220V 时,负载上电流 IL≈69C(C为降压电容,单位为 uF ,IL 的单位为 mA) 。例
 
如, C=0.47 u F时,流过负载的电流约 32.4mA ,并且这个电流是比较稳定的:另外,这种电源尺寸 小 (占空间小 ) 。 其缺点是对市电是不隔离的, 要求封闭在灯头内, 并有良好的绝 缘。
 
2.变色控制部分 变色控制部分由二进制记数器 CD4060承担。时钟脉冲信 号不采用一般的振荡器电路 (CD4060内部有两个反相器,外接两个电阻、一个电 容即可组成振荡器 ) ,而在电源电路中串接 R3,在 R3上的 50Hz 交流电压经 R5、 C3组成的微分电路形成尖脉冲作为时钟脉冲信号。在输出记数脉冲中选择 Q8、 Q9、 Q10三端与 LED 负极连接。 当记数脉冲输出低电平时, 相应的 LED 串被点亮。 Q8、 Q9、 Q10的输出时序如图 5所示。 50Hz 的周期为 0.02s , Q8的周期为 5.12s , Q9的周期为 10.24s , Q10的周期为 20.48s 。LED控制器
 
Q8接红色 LED 串的负极、 Q9接蓝色 LED 的负极、 Q10接绿色 LED 串的负极. 则 在 Q8为高电平、 Q9、 Q10为低电平时, 蓝光、 绿光 LED 串亮, 混色后发出青光 (因 Q9、 Q10为低电平, Reset 端为低电平 ) 。经过 2.56s 后变成 R 、 G 亮,发出黄光。 在上图的时序图中,可以看到 Q8到第 4个周期时, Q8、 Q9、 Q10输出都是 高电平, 则三串 LED 都灭。 为避免在变色过程中出现这种情况, 在电路中增加了 D7~D9三个二极管,并由 R2连接到复位端 (Reset)。
 
在刚出现 Q8、 Q9、 Q10三端都是高电平时, 此时 12脚 (Reset)上出现高电平。 器件被复位,使 Q4-Q14各输出端都为低电平 (见附表 ) 。一旦 Q8、 Q9、 Q10出现 低电平,红、绿、蓝光 LED 都亮,灯光成白光,即在出现红光后,当红光结束, 马上变成白光, Reset 端马上变成低电平,跳过了 2.56s 的灭灯情况,这是电路 上设计的巧妙之处。
 
3.三基色 LED 阵列三基色 LED(B、 R 、 G) 每串有 4个 LED 串联而成。电路图 见下图。 由于红、 绿色 LED 的管压降与蓝色 LED 的管压降不同及各种发光二极管 的发光强度不同,在 LED 串接回路中设置了不同的限流电阻.一方面强制了 LED 的电流.另外也使发光亮度匹配更好。 LED 采用视角大、亮度高的草帽型。 灯头内控制板电路中,降压电容器 C2采用了耐压 250V 的,虽然 250V 耐压 的电容的实际耐压值是大于 300V 的,若市电的最高值是 242V ,其峰值电压是341V 。 采用耐压 400V的更安全。
 
 
 
印制板分两块,一块是电源部分及控制器部分,如下左图, PCB 中 P2接灯 头引出的两根线。 另一块是 LED 阵列, 如下右图。 两印制板之间有 4条连接线连接,见 P1端子。在两印制板间有绝缘垫隔离。
 
LED控制器
 
这里要指出的是,外部灯泡必须采用乳白色的。这样才能较好的混色,不可 采用透明的材料。
 
这种变色灯泡的功率约 1W ,比较省电,但亮度差一点,比较新颖、效果不错