54颗LED帕灯的控制原理及制作

　　舞台灯光经历了几代的发展，已经由传统的高电压高能耗驱动型帕灯发展成了低电压低能耗的LED灯。以下以54颗LED帕灯为例简略介绍舞台灯光的控制原理及简易制作。

　　图1 54颗LED帕灯的灯珠排布

　　从图1中可知，这种LED帕灯共有4中颜色的LED，分别为红色、蓝色、绿色和白色。光的叠加规律是红光+绿光为黄光，绿光+蓝光为青光，红光+蓝光为品红光，红光+绿光+蓝光为白光。所以在不考虑各色LED的亮度的前提下，这种组合的LED帕灯一共可以发出红色、绿色、蓝色、品红、黄色、青色、白色7种颜色的光。

　　常见的LED帕灯所使用的LED是10mm直径的直插式LED，但我实验的时候手头只有3mm直插的蓝色led，二者性能上的差别后文再论。

　　驱动方面主要是采用恒流驱动的方式。因为如果是恒压驱动的话需要加限流电阻，这样效率会大大降低。因此驱动方面主要是做一个符合要求的电流源。

　　我首先采用运算放大器的方法做了尝试。选用的运放是OP07，使用OP07构成电压跟随器，负载(LED)接入反馈环内，实测过程中发现电流大于24mA以后，运放的同相端与反相端电压值不一致，当输出电流达到30多个毫安的时候，反相端电压已经接近于零，同时输出电流也不再上升。

　　实测过程输出电流最大可以达到35mA，led两端的电压为3.35V，可得单个led的功率为115mW。乘以54以后，LED总的功率为6.2W。

　　之后我又尝试了采用三极管构成电流源的方案，如图2所示。

　　图中3V电源主要起控制作用，选用低电压控制主要是为了提高电源效率。图中采用电阻分压的方法为三极管提供基极电压，并在发射极产生电流，Ie=Vb/Re，且Ie=Ic。Ic则是用来驱动LED的电流。实验中，Ic可达到60多个毫安，大于70mA后，电流会自动缓慢上升，分析应该与LED发热无关，可能是因为三极管发热产生了漂移，造成结电阻减小，导致电流不断增大。在实验中，我曾将电流增大至100mA，观察发现led并没有立即损坏，而是每亮一段时间就会熄灭一下，然后再亮，几次以后led才被彻底烧坏。

　　以前用led主要是作为指示灯使用。一般都是只用一两支而已，这种情况，用5V电源是足以搞定的。但led数量增多后，考虑到一个一个地去控制既费工又费料。

　　所以就得几个led串联起来使用。这里每6支l同样颜色的ed作为一组，一共分成了九组。这时再用5V电源驱动显然是玩不转的，因为6个led串联，总的压降已经十分可观。

　　图3 4种颜色led串联发光效果

现在在家用电器的更新、市场开拓等方面，单片机的应用越来越广泛，比如电子玩具或者高级的电视游戏机中，会应用单片机实现其控制功能;而洗衣机可以利用单片机识别衣服的种类与脏污程度，从而自动选择洗涤强度与洗涤时间;在冰箱冷柜中采用单片机控制可以识别食物的种类与保鲜程度，实现冷藏温度与冷藏时间的自动选择;微波炉也可以通过单片机识别食物种类从而自动确定加热温度与加热时间等等，这些家用电器在应用单片机技术后，无论是性能还是功能，与传统技术相比均有长足的进步。

　　图4 4种颜色led串联的电流与电压值

　　我用两个蓝光led和一个红光led的代价总结了以下经验：

　　6个绿光led串联时，电流为63.6mA时，总压降20.2V，平均每个led两端电压为3.33V;

　　单个蓝光led流过电流为46.1mA时，U=3.6V;

　　单个红光led流过电流大于90mA时，led烧坏，小于90mA时压降为2.1V左右

　　单个白光led流过电流71.4mA时，U=3.37V。

　　应该说，当电流大于40mA以后，led亮度的变化已经不是很明显，说明多余的电流被用于使led发热，而led温度过热会严重影响其寿命，所以这里将其工作电流暂定为35mA(每组)。

　　下面是整个led驱动部分的电路图。

　　图5 驱动部分(电流源)电路图

　　图6 驱动部分PCB板图

　　(未完)

　　电路调试时由于手头只有15V和30V的电源，所以先用了30V的电源。亮是亮，不过三极管热的厉害，工作2分钟左右管壳已经有了糊味;之后又试验了15V的电源，结果是除了红色灯全部点亮，其他灯都不能正常工作。

　　分析三极管过热的原因可能是电流过大，也可能是Vce过大。所以接下来将开始电源的设计与制作部分。

　　这里对电源的要求是具有24V和5V的输出电压，输出功率应不小于5W，现在暂时不予详细论述，因为将要开始下一阶段的功能，即灯光的控制部分。

　　这里主要用到的是滤波和信号处理的理论。

来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_6f3de58b01015rwz.html 点击阅读原文可进入