一种白光LED灯的设计

信息工程大学理学院 宋冬灵

一种白光LED灯的设计

信息工程大学理学院 宋冬灵

LED灯由于具有功率小、发光率高、环保省电、使用寿命长等优点，近年来被广泛应用在许多场合。本文，笔者通过查阅有关LED资料，研制了一种室内用白光LED灯。该灯电路简单，既可用于室内正常照明，又可用于停电应急照明。

一、白光LED灯的设计理念

白光LED灯既可用于室内正常照明，又可用于停电应急照明。用于室内正常照明时的功率为3.6W，亮度大于40W白炽灯的亮度；用于应急照明时的功率为0.36W，相当于一个小手电筒的亮度。正常室内照明的电源为照明电路提供的220V交流电，但是由于LED需要的是直流电，所以需要将交流电通过驱动电路转换为直流电提供给LED使用，应急照明的电源由3节5#干电池提供。

二、白光LED电路设计

白光LED灯的灯珠采用目前市场上销售的小功率LED，单珠白光LED的规格为功率0.06W，驱动电压3.2～3.4V，电流不能超过20mA。

1.用于室内正常照明时的电路设计。其电路有两部分组成。第一部分是照明部分，由60珠白光LED（D1—D60）串联而成；第二部分是驱动电路部分，220V交流电经降压电容器C1降压后经整流桥U1全桥整流把交流电转为直流电，再通过电容器C2滤波后经限流电阻R4给串联的60珠LED提供恒流电源。在具体的电路设计中，需要有电路保护，要在电路最前面先串联一个负温度系数热敏电阻R1，以保护整流桥。电路刚通电时R1的阻值较大，限制电流的输入，正常工作时阻值变小，可以有效缓冲刚通电时的浪涌电流，保护后面的电路。如果电路在电流正弦波最大峰值时被断电，电容C1的电荷将无法释放，这时若人接触到其金属部位将会有明显触电感觉，所以需要给电容C1并联一个电阻R2，用于卸放掉电容C1的电荷，保证人的安全。降压后的交流电经整流桥U1整流后，需要一个电容C2将整流后的脉冲直流电压滤波成平稳直流电压，用来防止开灯时冲击电流对LED的损害，起到开灯防冲击保护作用。还需要一个压敏电阻R3防止过压，即将输入电源中瞬间的脉冲高压对地泄放掉，以保护LED不被瞬间高压击穿。给60珠LED串联一个小阻值的限流电阻R4，不仅可以防止电压升高和温度升高时LED的电流增大，同时还可以短时间泄放电解电容C2两端的电压，避免关灯后的余光长久滞留。

2.用于应急照明时的电路设计。应急照明电源由5#干电池直接供电，这样就不再需要交流变直流的驱动电路。由于每珠LED的额定电压是3.2V，而每节干电池两端的电压是1.5V，所以需要3节干电池串联供电，并且串联一个电阻R5分压。由于LED的亮度太小，所以将6珠LED（D61-D66）并联一起照明，S1为开关，BT1为装3节5#电池的电池盒。电路设计如图1所示。

图1 白光LED电路

三、白光LED的电路元件的确定

室内正常照明的功率是3.6W，需要的LED珠数为3.6/0.06= 60珠；应急照明的功率为0.36W，需要的LED珠数为0.36/0.06=6珠，共需要66珠白光LED。

电容C1起降压限流作用，把电容器连接到交流电路中时的容抗计算公式为

式中，XC为电容容抗，f为交流电源频率，C为电容容量。流过电容的电流为

式中，I为流过电容的电流，U为电源电压，R负为负载电阻。在220V，50Hz交流电路中，当负载电压远小于电容两端电压时，可忽略负载电阻的影响，则电流I与电容C的关系变为

这样，I=U×2πfC=69 080C。

当电流单位取mA，电容单位取μF时，I=69C。考虑到实际电路中有负载、整流等的影响，实际取的关系式为

电流是20mA，由式（4）得电容C1为0.333μF。选取电容C1的型号为630V0.334μF。泄放电阻R2的阻值与电容C1的大小有关，C1取0.333μF时，电阻R2的经验数据为1MΩ。对于压敏电阻R3的选取，在直流电路中压敏电阻的最大限制电压为

式中，Udc为回路中的直流额定工作电压。在本电路中，每珠LED的直流额定工作电压为3.2V，60珠串联，所以压敏电阻的最大限制电压应为2×3.2×60=384，与391成品接近，所以选取的压敏电阻R3型号为10D391K。选取的其他电路元件型号为NTC5D-9热敏电阻R1，400V4.7uf电解电容C2，470Ω电阻R4，整流器型号为2W10的全波整流。R5需要分担的电压为3× 1.5V-3.2V=1.3V，流经的电流是20mA，所以由公式R=U/I，得R5的阻值为65Ω。