LED节能灯设计

LED节能灯的设计报告

参赛学院：电气与信息学院

参赛队号：

参赛队员：锡山金平汪文雯

设计题目：LED节能灯的设计

设计摘要：本研究根据设计要求：由交流220V供电，灯的电功率3W～5W均可，恒流供电。要求电源变换部分效率尽可能高，并且交流电源电压在90～240V围变化时，输出功率基本不变（亮度稳定）。电源电路采用了合适比例的变压器来降低电压，然后采用单相桥式整流、电容滤波电路，结合固定式三端集成稳压器来获得比较稳定的直流电压，再利用运放，电压跟随器进一步稳定电压，保证负载部分获得稳定的功率和恒定电流。再通过取样电阻来实现输出电压，从而实现负载部分亮度的调节。负载电路采用具有正温度系数的WZMD热敏电阻与负温度特性的LED串联，组成一个温度系数极小电阻型负载，解决了LED的恒流问题。使其发光稳定。通过调节滑动变阻器，来实现红、蓝、绿三基色亮度

的改变，从而实现色彩的变化。

关键词：LED节能灯、桥式整流、固定式三端集成稳压器、WZMD热敏电阻，恒流发光、亮度色彩可调

一、引言

LED节能灯在目前市场上已经是一件非常成熟的产品，目前白色LED发光效率已经突破120LM/W，是白炽灯15LM/W的8倍，是荧光灯50LM/W的2倍多。LED 的光谱中没有紫外线和红外线成分，所以不会发热，不产生有害辐射。而且LED 的光通量半衰期大于5万小时，可以正常使用20年，器件寿命一般都在10万小

时以上，是荧光灯寿命的10倍，是白炽灯的100倍，所以基本不会损坏，这种灯具具有非常好的节能长寿命特性，随着白色LED价格的不断降低，LED照明灯不但在节日彩灯装饰中广泛应用，而且逐步延伸到路面照明、民用照明等低照度要求的领域，全面进入实用化，并且在环保方面废弃物可以回收，没有荧光灯的贡污染问题，是国家重点发展的产业项目。

LED技术已经真真切切地来到我们身前，在举世瞩目的奥运会上，无论是开幕式上神奇的画卷和画布，还是水立方游泳馆外表那变换莫测的七彩幻光，还是大量演员身上通体发出的神奇光芒，甚至是恰如银河般并缓缓升起的奥运五环，无不都是LED技术的全面应用。LED光源具有使用低压电源、耗能少、适用性强、稳定性高、响应时间短、对环境无污染、多色发光等的优点，虽然价格较现有照明器材昂贵，仍被认为是它将不可避免地现有照明器件。

LED的特点和优点

1、LED的在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源，它有着广泛的用途。

2、体积小

3、LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。

4、耗电量低

LED耗电非常低，一般来说LED的工作电压是2-3.6V。工作电流是0.02-0.03A。这就是说：它消耗的电不超过0.1W。

使用寿命长

5、在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时

6、高亮度、低热量

7、环保

LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收坚固耐用

8、LED是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体也没有松动的部分，这些特点使得LED可以说是不易损坏的。

此次LED的设计主要是利用典型的交流电容降压恒流电路供电，设计了一个简单的亮度、色彩可调的LED节能灯电路。

二、方案设计

此次电路的设计主要包括以下三个部分，即电源变换电路，稳压电路和LED 负载电路。

分别如电路图2所示。总的流程图如图1所示。

根据要求LED灯要工作在直流电压下，故电源变换部分主要的任务是将220v 的交流电压变为适合LED灯工作的直流电压。电压的变换又包括变压，整流，滤波和稳压四个部分。下面分别对这四个部分设计方案的选择做出说明。

变压部分首先采用合适比例的变压器对220v的交流电压进行变压，使变压后的电压符合负载的工作电压。

整流部分采用的方案通常有半波整流和桥式整流等。桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压小，管子所承受的最大方向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周期都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，因此效率也更高。所以桥式整流电路比半波整流电路更有优越性，在此次设计中采用后一种方案来提高电源的效率。

滤波部分的设计方案有多种，由于本电路为小功率电路，因此设计中采用C 型电容滤波电路，其特点是电路简单，负载直流电压较高，纹波也较小。整流部分采用稳压管先与电容并联再与电阻串联的方式，这样可以有效降低纹波以获取稳定的直流电压。

稳压电路部分采用三端集成稳压器，这种电路可以较好的稳定输出电压和电流，结合后面的电压跟随器和取样电阻还可以实现其电流大小的可调节，故可保证输出功率的稳定，从而保证了LED灯的亮度稳定和可调光功能。

负载电路采用具有正温度系数的热敏电阻与负温度特性的LED串联，组成一个温度系数极小电阻型负载，解决了LED的恒流问题。LED灯的接法有串联方式和并联方式。若只采用串联方式，当有一只灯开路时会造成所有的灯都无法工作；若只采用并联的方式，当有一只灯短路时会造成电路的短路，故这两种接法各有其缺点。在此次设计方案中采用先将LED灯每5只串联在一起再并联最后再串联起来的方式，这样可以避免上述两种接法的缺陷。具体的设计主电路图见图2所示。

三、详细设计

1、电源变换电路

本实验采用交流220v的电压，实际情况是电源实际电压是在90v~240v之间。这部分，我们先用一个变压器，使电压下降。根据实际计算数值（见后文）。我们的变压线圈之比选10：1，使电压降到十分之一。为了最终能够实现电源对LED 的恒定电流供电，需要先把220V 50Hz的交流电通过变压器的作用降为低压正弦信号，由于LED灯要工作在单向电压下，故需要对交流电源进行整流。采用单向桥式整流电路对交流电进行整流，可以得到单方向的全波脉动电流，由于此时的电压中存在一定的纹波，故需要用滤波电路来滤除纹波电压。滤波电路的形式有很多种，因为本电路是小功率电路，所以采用电容滤波电路，这样得到的负载直流电压较高，纹波也较小。通过桥式整流电路D1,D2,D3,D4,在负载部分加入一个电容C1，构成电容滤波电路，使输出一个比较稳定的直流电压V1,V1=(1.1～1.2)V2。电容滤波电路的优点有许多，如其负载直流电压较高，纹波较小。滤波后的电压