1、1趣味电子小制作LED 变色灯电路2008/05/28 05:54LED 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。为什么会自动变色呢?是用什么电路来实现变色昵?把 LED 变色灯泡拆开来瞧瞧，通过从印制板上的元器件及走线整理出电路图对该电路作了了解及分析。发现该电路设计得比较巧妙，有独到之处。现将该电路作一剖析，供电路设计、开发人员及爱好者作
2、参考。 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
3、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2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
4、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)Q4Q14 是二进制记数脉冲输出端，Vdd 为电源正端(318V)Vss 为电源负端。LED 变色灯的电路如图 4 所示。它由电源部分、变色控制部分及三基色 LED 阵列组成
5、，现分别介绍其工作原理：1电源部分 由降压电容 C1、全波整流 D1D4 及稳压二极管 D5 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D6、C2 滤波后(约 145V)的电压供 CD4060 及复位的电压(高电平)。与电容 C1 并联的电阻 R1 是断开电源后，C1 上的电荷经 R1 放电，防止灯头上带电。3这种电源的特点是，当负载的电压远小于 220V 时，负载上电流 IL69C(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
6、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。2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R5，在 R5 上的 50Hz 交流电压经 R3、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
7、，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。在图 5 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 D7D9 三个二极管，并由 R4 连接到复位端(Reset)
8、。在刚出现 Q8、Q9、Q10 三端都是高电平时，此时 12 脚(Reset)上出现高电平。器件被复位，使 Q4-Q14 各输出端都为低电平(见附表)。一旦 Q8、Q9、Q10 出现低电平，红、绿、蓝光 LED 都亮，灯光成白光，即在出现红光后，当红光结束，马上变成白光，Reset 端马上变成低电平，跳过了 2.56s 的灭灯情况，这是电路上设计的巧妙之处。3三基色 LED 阵列三基色 LED(B、R、G)每串有 4 个 LED 串联而成。由于红、绿色 LED 的管压降与蓝色 LED 的管压降不同及各种发光二极管的发光强度不同，在 LED 串接回路中设置了不同的限流电阻一方面强制了 LED 的
9、电流另外也使发光亮度匹配更好。LED 采用视角大、亮度高的草帽型。在图 4 的电路中，降压电容器 C1 采用了耐压 250V 的，虽然 250V 耐压的电容的实际耐压值是大于 300V的，若市电的最高值是 242V，其峰值电压是 341V。采用耐压 400V 的更安全。外形与印制板 4LED 变色灯泡的外形如图 6 所示。乳白色玻璃外罩的直径为 60 mm。印制板分两块，一块是电源部分及控制器部分，另一块是 LED阵列。电源部分及控制器部分的印制板图如图 7 所示(印制板外圆尺寸 38mm)。图中仅示出有关元器件位置及印制板的走线(并未按比例画)。LED 阵列的印制板如图 8 所示(并未按比例画)。仅表示各色LED 的排列及印制板的走线。两印制板之间有 4 条连接线连接，在两印制板间有绝缘垫隔离。5这里要指出的是，外部灯泡必须采用乳白色的。这样才能较好的混色，不可采用透明的材料。这种变色灯泡的功率约 1W，比较省电，但亮度差一点，比较新颖、效果不错。变色灯的电路图6
