LED变色灯原理说明.docx

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 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。 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： 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。 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。 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