0 引言
在國內(nèi)外倡導綠色環(huán)保及節(jié)能的背景下，伴隨著近年來LED光效、壽命及光色上的明顯進步，半導體發(fā)光二極管（LED）因具有節(jié)能、壽命長、驅(qū)動簡單、燈色種類多等優(yōu)點已廣泛應用于景觀照明、數(shù)字化交通信息顯示、疏導標識、室外全彩顯示屏及照度要求不高的室內(nèi)外照明等領域。
針對LED在城市亮化中的應用現(xiàn)狀，筆者利用電力電子整流與恒流技術(shù)設計制作了一款LED景觀照明燈，它具有成本低、工作可靠、壽命長、控制簡單等特點，并可根據(jù)實際需求進行功能擴展。
1 小功率LED驅(qū)動方案
目前小功率LED產(chǎn)品廣泛采用兩種驅(qū)動電路形式，即恒流驅(qū)動和穩(wěn)壓驅(qū)動。前者電路輸出的電流是恒定的，輸出電壓隨負載的變化而變化；后者輸出電壓是固定的，輸出電流隨負載（LED數(shù)目）的增減而變化。根據(jù)電源輸入與輸出電路形式也可分為隔離驅(qū)動和非隔離驅(qū)動，前者以開關電源為代表，而后者主要包括電容降壓式和恒流/恒壓IC.其相關性能、功耗、成本以及主要應用如表1所示。
表1小功率LED驅(qū)動方案比較
[!--empirenews.page--]2 LED景觀照明燈電路設計
LED景觀照明燈就是實現(xiàn)RGBLED的交替點亮以及漸變控制，電路設計如圖1所示。該電路采用3181集成芯片作為控制器，其相關功能及引腳參看文獻［4］，共控制36只小功率LED，采用RGB三基色LED各12只，驅(qū)動方案采用電容降壓式。
其中，C1、C5為并聯(lián)的兩個相同的電容，起降壓及限流作用；由4個lN4007組成的整流橋?qū)斎虢涣麟妷哼M行整流；濾波電容C4用于濾除整流輸出電壓中的交流成分，使電壓更為平滑；肖特基二極管VD5穩(wěn)定a點的電壓；VD6為控制IC提供穩(wěn)定的電壓；R3、R4為限流電阻；R2、C2為控制IC提供交流輸入頻率，為集成IC提供交流采樣頻率；三極管VT1、VT2、VT3用于控制LED支路的電流變化。
圖1 LED景觀照明燈電路
2.1 降壓電容值的選擇
通過降壓電容C1、C5（后文中用C表示）向負載提供的電流I0，實際上就是流過充放電電流lc.當負載電流，I0小于c的充放電電流時，多的電流就會流過濾波電容C4及其他支路。
式中Ui--輸入交流電壓有效值。
f--AC頻率。
對于負載所消耗的60 mA的電流I0至少需要降壓電容值為0.87uF，因圖l中增加高壓穩(wěn)壓二極管降壓，而二極管工作時也需要消耗較大的電流，另外為保證電容C可靠工作，其耐壓選擇應大于2倍的電源電壓，因此應選擇兩個684/630 V電容并聯(lián)工作。
2.2整流及濾波電路
根據(jù)文獻［7］，整流橋上單個二極管所承受的電壓最大值URM= √2Ui（Ui為輸入電壓的有效值）=318.4 V，因此選用常用的整流二極管lN4007（URM=l000 V，IF=1 A）。
為使輸出端得到平滑的負載電壓，一般取RLC≥（3~5）T/2，其中RL為負載阻抗，T為輸入信號周期（0.02 s），可得C≥24.38 uF.
原則上，電容值取的越大，輸出電壓越平滑，其紋波值越小。但是隨著電容容量的增大，一般其體積也隨之增大，考慮到該電路板面積，實取47 uF/160 V的電解電容。
2.3系統(tǒng)電源電路設計
因電路中需要兩組電壓，一組用于驅(qū)動三串LED，一組為集成IC提供工作電源（5 V）。VD5的穩(wěn)壓值直接與所驅(qū)動單串LED的個數(shù)有關，前文中要求驅(qū)動單串12只LED，并在此假定紅光LED正向壓降的Uf為2 V，而綠光、藍光為3.2 V進行計算。圖l中a點電壓Ua為ΣU+UR，其中ΣU為38.4 V，UR為平衡電阻上的壓降。因此，穩(wěn)壓二極管VD5的穩(wěn)壓值應大于38.4 V.考慮到電壓裕量及元件獲得的成本和方便性，VD5選用50 V/l W的高壓穩(wěn)壓二極管，VD6選用5.1 V/0.5 W穩(wěn)壓二極管。并根據(jù)文獻［1］選擇可限流電阻R3為62Ω/2 W，見、R5分別為4.7 kΩ和22 kΩ。
為使各色LED亮度一致，需要在各個LED串上串接平衡電阻，其中與藍、綠LED串接的平衡電阻R14、R12值為UR/I，（其中UR=11.6V;I為流過支路LED的電流，取為20 mA），則R=580 Ω，實取平衡電阻R14=R12=680Ω，同理取R9=1.4 kΩ。
[!--empirenews.page--]2.4系統(tǒng)電路成本估算
為進一步闡明該電路成本上的優(yōu)勢，筆者依據(jù)元件供應商的價格報表，將電路中主要元件類型及價格列于表2.
表2 LED景觀燈驅(qū)動電路成本估算。
從表2中可見，制作整個電源所需成本約5.3元；而如果采用其他方案，僅小功率開關電源價格為7~15元。
3 試驗與測試
以LED地埋燈（一種景觀照明燈飾）為例進行實驗，將上述電路焊接在單面的萬用焊接板上進行測試。連接全部電路，36顆LED燈珠插裝焊接在直徑112 mm的圓盤燈板上，驅(qū)動電路貼底安裝在地埋燈底端，并在所有縫隙處填上環(huán)氧灌封膠（防水、防潮）。接通AC電源，各色LED串按事先設定進行顏色的交替變化，蓋上塑料封蓋，可看到由RGB三基色合成的七彩顏色變化，基本滿足設計需求。
采用湖州升譜SPL2000電光源光色電綜合分析系統(tǒng)對電路的相關參數(shù)進行了測試，結(jié)果如下：
輸入電壓UAC為220 V時，總電流為53 mA，電路實耗功率為1.4 w，功率因數(shù)為0.385.
為進一步驗證電路工作可靠性，筆者對該產(chǎn)品做了l000h的電老化試驗，結(jié)果表明該電路能穩(wěn)定、可靠地為LED提供驅(qū)動。
4 結(jié)語
目前，半導體發(fā)光二極管（LED）雖然在常規(guī)照明技術(shù)上有許多問題亟待解決，如亮度不高，散熱問題凸顯，白光壽命較低等，但在對亮度要求不高的景觀照明中已經(jīng)獲得廣泛應用。
本文設計制作了城市亮化中用于景觀照明的LED驅(qū)動電路，經(jīng)長期的電老化試驗證實，該電路結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低廉，特別適合于目前LED燈珠占據(jù)總成本較大比重的背景下的低端市場應用。也可根據(jù)實際需求調(diào)整每串LED燈珠數(shù)，適用性較廣。每串LED燈珠數(shù)可以通過改變高壓穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值在一定范圍內(nèi)任意調(diào)整，也可以不用穩(wěn)壓管穩(wěn)壓，而采用功率電阻代替法使LED燈串與集成電路不共地，但同時需在PCB板設計前期考慮實物電路的靈活性和可擴展性。
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