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      LED控制器使LED燈變色原理

      LED 變色燈是一種新型燈泡。它的外形與一般乳白色白熾燈泡相同,但點亮 后會自動按一定的時間間隔變色。 循環地發出青、 黃、 綠、 紫、 藍、 紅、 白色光。 它適用于家庭生日派對、節日聚會、過節過年,給節日添加歡樂氣氛:也可用于 娛樂場所及作廣告燈等。該變色燈泡的特點是,節能 (耗電約 1W) 、壽命長、使 用方便、價格便宜。
       
      變色的光學原理
       
      變色燈是由紅 (R)、綠 (G)、藍 (B)三基色 LED 組成的。雙色 LED 是我們十分熟悉的。一般由紅光 LED 及綠光 LED
       
      組成。它可以單獨發出紅光或綠光。若紅光及綠光同時亮點時,紅綠兩種光混合成橙黃色。變色燈的變色原理如圖 1
       
      所示。三種基色 LED 分別點亮兩個 LED時,它可以發出黃、紫、青色 (如紅、藍兩 LED 點亮時發出紫色光 ) ;若紅、綠、藍三種 LED 同時點亮時, 它會產生白光。如果有電路能使紅、綠、藍光 LED 分別兩兩點亮、單獨點亮及三基色 LED 同時點亮,則能按圖 1的情況發出七種不同顏色的光來。
       
      LED變色燈的結構框圖如圖 2所示。它由電容降壓式穩壓電源、 LED 控制器 及 G 、 R 、 B 三基色 LED 陣列組成。由于這三部分都要裝入燈頭內,所以其電源采 用電容器降壓.全波整流及穩壓二極管穩壓的簡單電路。
       
      變色燈的結構
       
      框圖
       
      LED控制器
       
      電源輸出
       
      15V 電壓供 LED
       
      陣列,輸出 14.6V 供 LED 控制器??刂破鞯妮敵龆?(1、 2、 3) 中有一個是低電平 時 (如 1為低電平 ) , 則綠色 LED 亮, 若三個輸出端都是低電平時, 則發出白光 (綠、 紅、藍光 LED 都亮 ) 。
       
      LED控制器是變色燈的關鍵, 它是由 CD4060來承擔的, 先介紹一下 CD4060。
       
      CD4060簡介
       
      CD4060是 4000系列 CMOS 器件中的一種,是 14位二進制計數器。它內部有兩反相器,外接兩個電阻及一個電容就可組成振蕩器,作為時鐘發生器。 輸入時鐘脈沖時 (下降沿 ) , 輸出端輸出記數脈沖。 它有一個復位端 (Reset), 當復位端為高電平時.所有輸出端都是低電平,如
       
      表 1所示。
       
      LEDD控制器
       
      CD4060為 16管腳 DIP 封裝,各管腳排列如圖 3所示。其中 Clock in是時鐘脈 沖輸入, Clock out1及 Clockout2是時鐘脈沖輸出 (相位差 180°, Reset 是復 位輸入端 (高電平有效 ) . Q4~Q14是二進制記數脈沖輸出端, Vdd 為電源正端 (3~18V) . Vss 為電源負端。
       
      LED變色燈的電路如圖所示。它由電源部分、變色控制部分及三基色 LED 陣 列組成,現分別介紹其工作原理:
       
      1.電源部分 由降壓電容 C2、全波整流 D2~D5及穩壓二極管 D4組成的電 容降壓式電路是很典型的 AC/DC轉換電路。
       
      經 15V 的穩壓二極管穩壓后 (嚴格地說是被限幅后 ) 作為驅動LED 陣列的電源.經D1、 C1濾波后 (約14. 5V) 的電壓供
       
      CD4060及復位的電壓(高電平 ) 。與電容 C2并聯的電阻 R4是斷開電源后, C2上的電荷經 R4放電,防止燈頭上帶電。
       
      這種電源的特點是,當負載的電壓遠小于 220V 時,負載上電流 IL≈69C(C為降壓電容,單位為 uF ,IL 的單位為 mA) 。例
       
      如, C=0.47 u F時,流過負載的電流約 32.4mA ,并且這個電流是比較穩定的:另外,這種電源尺寸 小 (占空間小 ) 。 其缺點是對市電是不隔離的, 要求封閉在燈頭內, 并有良好的絕 緣。
       
      2.變色控制部分 變色控制部分由二進制記數器 CD4060承擔。時鐘脈沖信 號不采用一般的振蕩器電路 (CD4060內部有兩個反相器,外接兩個電阻、一個電 容即可組成振蕩器 ) ,而在電源電路中串接 R3,在 R3上的 50Hz 交流電壓經 R5、 C3組成的微分電路形成尖脈沖作為時鐘脈沖信號。在輸出記數脈沖中選擇 Q8、 Q9、 Q10三端與 LED 負極連接。 當記數脈沖輸出低電平時, 相應的 LED 串被點亮。 Q8、 Q9、 Q10的輸出時序如圖 5所示。 50Hz 的周期為 0.02s , Q8的周期為 5.12s , Q9的周期為 10.24s , Q10的周期為 20.48s 。LED控制器
       
      Q8接紅色 LED 串的負極、 Q9接藍色 LED 的負極、 Q10接綠色 LED 串的負極. 則 在 Q8為高電平、 Q9、 Q10為低電平時, 藍光、 綠光 LED 串亮, 混色后發出青光 (因 Q9、 Q10為低電平, Reset 端為低電平 ) 。經過 2.56s 后變成 R 、 G 亮,發出黃光。 在上圖的時序圖中,可以看到 Q8到第 4個周期時, Q8、 Q9、 Q10輸出都是 高電平, 則三串 LED 都滅。 為避免在變色過程中出現這種情況, 在電路中增加了 D7~D9三個二極管,并由 R2連接到復位端 (Reset)。
       
      在剛出現 Q8、 Q9、 Q10三端都是高電平時, 此時 12腳 (Reset)上出現高電平。 器件被復位,使 Q4-Q14各輸出端都為低電平 (見附表 ) 。一旦 Q8、 Q9、 Q10出現 低電平,紅、綠、藍光 LED 都亮,燈光成白光,即在出現紅光后,當紅光結束, 馬上變成白光, Reset 端馬上變成低電平,跳過了 2.56s 的滅燈情況,這是電路 上設計的巧妙之處。
       
      3.三基色 LED 陣列三基色 LED(B、 R 、 G) 每串有 4個 LED 串聯而成。電路圖 見下圖。 由于紅、 綠色 LED 的管壓降與藍色 LED 的管壓降不同及各種發光二極管 的發光強度不同,在 LED 串接回路中設置了不同的限流電阻.一方面強制了 LED 的電流.另外也使發光亮度匹配更好。 LED 采用視角大、亮度高的草帽型。 燈頭內控制板電路中,降壓電容器 C2采用了耐壓 250V 的,雖然 250V 耐壓 的電容的實際耐壓值是大于 300V 的,若市電的最高值是 242V ,其峰值電壓是341V 。 采用耐壓 400V的更安全。
       
       
       
      印制板分兩塊,一塊是電源部分及控制器部分,如下左圖, PCB 中 P2接燈 頭引出的兩根線。 另一塊是 LED 陣列, 如下右圖。 兩印制板之間有 4條連接線連接,見 P1端子。在兩印制板間有絕緣墊隔離。
       
      LED控制器
       
      這里要指出的是,外部燈泡必須采用乳白色的。這樣才能較好的混色,不可 采用透明的材料。
       
      這種變色燈泡的功率約 1W ,比較省電,但亮度差一點,比較新穎、效果不錯

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