LED壁燈的設(shè)計(jì)

【摘 要】本文介紹一種可自主調(diào)色與調(diào)焦的LED壁燈設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)各部分的設(shè)計(jì)方案。

【關(guān)鍵詞】情調(diào)照明；自主變色；變焦；風(fēng)冷散熱

0.引言

與傳統(tǒng)光源相比，LED 具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、而且工作電壓低、使用壽命長(zhǎng)、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

本文主要研究設(shè)計(jì)以LED動(dòng)態(tài)的情調(diào)照明的方式，依據(jù)不同年齡段的人在不同環(huán)境的微妙的生理及心理需要，營(yíng)造出一種最恰到好處的光環(huán)境，將簡(jiǎn)單的情景照明提升為情調(diào)照明。情調(diào)照明的實(shí)現(xiàn)有兩種方法：（1）是LED變色的設(shè)計(jì)。（2）是變焦設(shè)計(jì)。通過變色和變焦可以實(shí)現(xiàn)LED光束的多樣性。

1.LED變色設(shè)計(jì)

LED的變色主要從電路入手，采用集成電路實(shí)現(xiàn)顏色之間的轉(zhuǎn)換。首先電路要與市電相連，其次顏色的轉(zhuǎn)換要可以控制，選用的芯片要合理，LED的發(fā)光要穩(wěn)定，確保能根據(jù)使用者的意愿調(diào)制想要顏色的光束。

變色燈是由紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三基色LED組成的。三種基色LED分別點(diǎn)亮兩個(gè)LED時(shí)，它可以發(fā)出黃、紫、青色（如紅、藍(lán)兩LED點(diǎn)亮?xí)r發(fā)出紫色光）；若紅、綠、藍(lán)三種LED同時(shí)點(diǎn)亮?xí)r，它會(huì)產(chǎn)生白光。如果有電路能使紅、綠、藍(lán)光LED分別兩兩點(diǎn)亮、單獨(dú)點(diǎn)亮及三基色LED同時(shí)點(diǎn)亮，則能發(fā)出七種不同顏色的光來[1]。

LED變色燈的結(jié)構(gòu)，由電容降壓式穩(wěn)壓電源、LED控制器及G、R、B三基色LED陣列組成。由于這三部分都要裝入燈頭內(nèi)，所以其電源采用電容器降壓.全波整流及穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓的簡(jiǎn)單電路。

電源輸出15V電壓供LED陣列，輸出14.6V供LED控制器?？刂破鞯妮敵龆耍?、2、3）中有一個(gè)是低電平時(shí)（如1為低電平），則綠色LED亮，若三個(gè)輸出端都是低電平時(shí)，則發(fā)出白光（綠、紅、藍(lán)光LED都亮）。

LED控制器我們選擇用CD40192芯片來擔(dān)任。CD40192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號(hào)，如圖1所示。

當(dāng)清除端CR為高電平“1”時(shí)，計(jì)數(shù)器直接清零；CR置低電平則執(zhí)行其他功能。當(dāng)CR為低電平，置數(shù)端也為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)直接從D3、D2、D1、D0置數(shù)端置入計(jì)數(shù)器。執(zhí)行加計(jì)數(shù)時(shí)，減計(jì)數(shù)端CD 接高電平，計(jì)數(shù)脈沖由CU輸入；在計(jì)數(shù)脈沖上升沿進(jìn)行8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)。執(zhí)行減計(jì)數(shù)時(shí)，加計(jì)數(shù)端CU接高電平，計(jì)數(shù)脈沖由減計(jì)數(shù)端CPD輸入。

由于要達(dá)到以自己的喜好來調(diào)節(jié)LED的顏色?？梢栽谔囟ǖ那闆r下按照個(gè)人特定的喜好調(diào)制自己喜歡的顏色。我們選用單詞脈沖作為時(shí)鐘信號(hào)，每一次的脈沖都由人為控制，如此方可達(dá)到自主調(diào)節(jié)的目的。它由電源部分、變色控制部分及三基色LED陣列組成，現(xiàn)分別介紹其工作原理：

（1）電源部分 由降壓電容C1、全波整流D1～D4及穩(wěn)壓二極管D5組成的電容降壓式電路是很典型的AC/DC轉(zhuǎn)換電路。經(jīng)15V的穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓后（嚴(yán)格地說是被限幅后）作為驅(qū)動(dòng)LED陣列的電源.經(jīng)D6、C2濾波后（約14.5V）的電壓供CD4060及復(fù)位的電壓（高電平）。與電容C1并聯(lián)的電阻R1是斷開電源后，C1上的電荷經(jīng)R1放電，防止燈頭上帶電。

（2）變色控制部分 變色控制部分由二進(jìn)制記數(shù)器CD40192承擔(dān)。采用左邊的單次脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生的脈沖控制計(jì)數(shù)器CD40192的輸出。在輸出記數(shù)脈沖中選擇Q0、Q1、Q2三端與LED負(fù)極連接。當(dāng)記數(shù)脈沖輸出低電平時(shí)，相應(yīng)的LED串被點(diǎn)亮。而在輸出端Q4接重置端（Reset）。

（3）三基色LED陣列三基色LED（B、R、G）每串有4個(gè)LED串聯(lián)而成。由于紅、綠色LED的管壓降與藍(lán)色LED的管壓降不同及各種發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度不同，在LED串接回路中設(shè)置了不同的限流電阻.一方面強(qiáng)制了LED的電流.另外也使發(fā)光亮度匹配更好。

降壓電容器C1采用了耐壓250V的，雖然250V耐壓的電容的實(shí)際耐壓值是大于300V的，若市電的最高值是242V，其峰值電壓是341V。采用耐壓400V的更安全。

2.變焦設(shè)計(jì)

情調(diào)照明的另一個(gè)重點(diǎn)就是通過變焦來實(shí)現(xiàn)LED光束光錐的變化了。由于LED照明發(fā)光的為L(zhǎng)ED芯片，故我們只能從整個(gè)LED壁燈的結(jié)構(gòu)出發(fā)實(shí)現(xiàn)LED的變焦。

我們利用蛙眼凸鏡，通過推拉燈頭實(shí)現(xiàn)不同發(fā)散角（約20°-50°）光斑和亮點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)變焦。包括兩方面設(shè)計(jì)，一方面，燈頭透鏡移動(dòng)方式，采用套筒拉動(dòng)或者螺旋推進(jìn)方式來實(shí)現(xiàn)蛙眼透鏡位置移動(dòng)，達(dá)到變焦效果。主要需要考慮套筒尺寸及推進(jìn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)方面問題。第二方面，對(duì)變焦透鏡及出光的二次光學(xué)設(shè)計(jì)，以達(dá)到出光均勻、通光率強(qiáng)的效果，需要通過ZEMAX光學(xué)設(shè)計(jì)軟件對(duì)燈頭出光設(shè)計(jì)及模擬。同時(shí)通過HP860 LED光強(qiáng)分布測(cè)試儀檢測(cè)配光曲線及變焦光斑光強(qiáng)分布[2]。

3.結(jié)論

現(xiàn)在市場(chǎng)上的LED壁燈大多僅有調(diào)色或調(diào)焦一個(gè)功能，并不能很好的達(dá)到情調(diào)照明的效果。本產(chǎn)品集合調(diào)色與調(diào)焦與一身，能根據(jù)用戶的即時(shí)心情和特定環(huán)境調(diào)制特定的光效，完美地達(dá)到情調(diào)照明的效果[3]。

【參考文獻(xiàn)】

[1]康光華，陳大欽，張林.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）（第五版）.北京：高等教育出版社，2006.

[2]王愷.大功率LED封裝與應(yīng)用的自由曲面光學(xué)研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2011.

[3]吳艷麗.家用LED照明的情調(diào)設(shè)計(jì)研究.上海：科技視界，2012.