浅谈LED 照明调光设计基础与性能特点

浅谈LED 照明调光设计基础与性能特点
吕国峰
宜兴市宏力灯杆灯具有限公司 214212
摘 要: 本文重点研究了LED照明系统的设计原理、照明驱动选择，介绍了相关的设计基础知识，可以帮助工程师更好地从事LED的照明设计，包涵有LED的性能和特点，照明调光。

关键词: LED系统 照明驱动 性能特点

引言
我国超高亮度LED产业同样受到各级政府的高度重视和大力支持,设计有效的LED照明系统、推广“绿色照明”工程是我国非常必要的,它的宗旨是节约能源,保护环境,提高照明质量。并且本系统可通过串行口与计算机进行通信，显示上位机所传送的信息。

1 LED照明系统的设计
1.1 LED 照明系统的设计原理本文研究的LED照明系统由电源电路、LED恒流源驱动电路、光控电路、声控电路等 组 成 。电 源 电 路 由 整 流 二 极 管 V D 1 -VD4、限流电阻R1、稳压二极管VS和滤波电容器C1组成;LED恒流源驱动电路由芯片HV9922和电容、电感组成;光控电路由光敏电阻器RG和数字集成电路IC内电路组成;声控电路由传声器BM、晶体管V和IC内电路组成。
接通电源后,交流220V电压经VD1-VD4整流、R1限流降压、VS稳压及C3滤波后,产生+9电压供给V和IC,V进入导通状态。在白天,光敏二极管D2受光照射而呈低阻状态,CD4011的1脚边为低电平,11脚输出低电平,VT截止,照明灯不亮。此时若有声音,则该声音信号经传声器BM转换为电信号后,再经电容器C4加至V的基极,使V瞬间截止,CD4011的2脚由低电平变为高电平,IC的3脚为低电平,4脚和11脚变为高电平,使VT受触发而导通,照明灯点亮,与此同时,CD4011第4脚输出的高电平经D3对延时电容器C5充电。
1.2 LED 照明驱动芯片的要求LED驱动器在本质上就是经过变换的LED电源,为满足不同输入电压、不同输入电流、不同数量的LED及不同应用的要求,对白光LED驱动器的基本要求如下:
(1)驱动器应有升、降压功能,以满足LED的工作电压要求;驱动器应有高的功率转换效率,以保持LED光源的节能优势。目前高的功率转换效率可达80%～90%,一般可达到60～80%。
(2)在多个白光LED并联使用时,要求各白光LED的电流相匹配,以使亮度均匀;同时具有低功耗,静态电流小,并且有关闭控制的功能。
(3)有完善的保护电路,如低压锁存、过压保护、过热保护、输出开路或短路保护;同时具有小尺寸封装,并要求外围组件少而小,以使占印制板的面积小,对其他的电路干扰小、使用方便,价位低。

2 LED的性能与特点
2.1耗能低（目前 <10 W）、外形尺寸小LED作为固体发光器件，单颗功率低，目前应用最为广泛的均小于0.5W，功率型（单颗大于0.5W）的也都在0.5W～1.0W。在传统照明领域也使灯具的设计更为灵活多样、光线更加容易控制。
2.2节能LED自上世纪60年代诞生以来，以每10年亮度提高30倍，价格下降10倍的“海兹定律”快速发展。据报道，目前白光LED光效的实验室数据已超过160lm/W，而进入商业领域的功率型白光LED也达到100lm/W。随着关键技术的突破，未来功率型LED的光效仍具有很大的上升空间，最高有可能达到200lm/W。
2.3 LED 发出的光与自然光不同，其频谱不是连续的，缺少红外部分，所以与白炽灯不同，LED 产生的热量不是靠辐射散出，而是必须通过传导方式散出，这也是 LED 被称为冷光源的原因。LED 具有以下优点 ：
●高效节能 白光 LED 是目前已知的最为节能的白光光源器件。一千小时仅耗几度电（普通 60W白炽灯十七小时耗 1 度电，普通 10W 节能灯一百小时耗 1 度电）
●超长寿命 半导体芯片发光，无灯丝，无玻璃泡，不怕震动，不易破碎，使用寿命可达五万小时以上（普通白炽灯使用寿命仅有数百小时，普通节能灯使用寿命也只有八千小时）
●绿色环保 不含汞和氙等有害元素，利于回收和利用，而且不会产生电磁干扰（普通灯管中含有汞和铅等元素，节能灯中的电子镇流器会产生电磁干扰，且灯管中照样存在汞元素）
●保护视力 直流驱动，无频闪（普通灯都是交流驱动，就必然产生频闪）
●光效率高、发热小 90% 的电能转化为可见光（普通白炽灯 80% 的电能转化为热能，仅有20% 电能转化为光能）
●市场潜力大 低压、直流供电，电池、太阳能供电即可，可用于边远山区及野外照明等缺电、少电场所。

3 光颜色调整的实现
图 3 中 AD558 是 D/A 转换芯片，能将数字量转换为模拟量。由于 AD558 是 8 位的 D/A 转换芯片，因此通过三路 D/A 分别控制三基色时，其可将三基色中的红、绿、蓝分别分为 28= 256 份输出，若将三基色任意组合即可最大形成 2563= 16777216 颜色和亮度的组合分辨率，通过软件数据的设定可根据实际需要设置最大限度内任意所需要的分辨率值。

4 调光装置与计算机系统的通信
如图 4所示，调光装置和计算机系统之间采用RS － 232 串行通信标准， 其规定了发送端驱动器与接收端接收器的电平关系、负载要求、信号速率与连接要求等，MAX232 主要用来完成 TTL 电平和 RS－ 232 之间电平的转换。

6 结论
照明系统中的LED是电流控制元件,通过流过的电流,直接将电能转变为光能,故也称光电转换器。通过对实际制作实验模型 128 × 64LED 组成的矩阵进行图案和色彩、亮度进行 8 小时测试，表明 LED中心光强稳定在 280 lx (lx: 勒克斯)，随着 LED 温度的升高中心光强衰减低于 3% ，达到了预期的控制要求水平。

此篇机电类论文内容为LED 的设计基础特点，以及实现原理，LED 作为新兴的节能照明源，日益被关注。LED相关理论论文越来越多正适应了城市建设中对新能源新材料的渴求。 如果您也想发表机电类论文到期刊，可以咨询本站编辑帮助您解决写作和发表中的困难。