LED灯恒流驱动电路绘制

Question

一个12V的直流电，一个由3v1w的LED灯4串5并组成的12v20w的灯组，工作电流在0.35毫安到1.75毫安，一个单片机接口
如何组成LED灯的恒流驱动电路？

Answer 1

引自免费微信小程序：皆我百晓生

要实现LED灯的恒流驱动电路，我们可以按照以下步骤进行设计：

1. LED灯模块设计：

   • LED灯模块内部包含一个三极管（BJT）作为开关元件，用于控制LED灯的点亮和熄灭。
   • LED灯具有一定的伏特值范围，通常为12V、24V等。因此，在电源端，我们将需要一个稳压器，将输出电压调整到12V（假设整个LED灯组共需20W）。
   • LED灯有不同类型的引脚，如蓝色的PE(正极)、红色的PB(负极)和两个白色的PEB(电容管触点)，分别连接到电源输入端、驱动电路中的蓝色连接点和白色连接点。

2. 电源分配与管理：

   • 电源经过稳压器后，电压稳定在12V，可以保证电源线下的每个LED灯都正常工作。
   • 在电池系统或直接使用交流电时，我们需要分配合适的分压器或整流器将来自电网的12V电压转换成适合LED灯供电的5V电压。
   • 对于整流电路，选择一个效率高且适用于LED灯需求的PWM滤波器，例如RPM(锯齿波发生器）。

3. LED灯驱动电路设计：

   • 在电源侧，我们通过基极开路引入一个二极管A（或C），作为LED灯的通路地，允许电力从电源输入流向LED灯。
   • 由于三极管BJT是开关器件，当LED灯亮起时，它会导通，使蓝色的PE（正极）与红色的PB（负极）之间的电压升高，使其成为发光区域。
   • LED灯进入电阻R（或者1KΩ串联的电容C）后，将这个电压进一步放大，即增加亮度。电阻R的阻值根据LED灯实际需求进行选取，一般约为5欧姆左右。
   • 当LED灯熄灭时，蓝色的PE与红色的PB之间恢复为低电压，导致电阻R减小，此时BJT开始导通，但电阻R和电压已不足以提供足够的电流供给LED灯，故LED灯不亮。
   • 这样，当LED灯亮和熄灭时，通过基极开路的逻辑门连接即可实现对LED灯的恒流驱动。

以下是部分代码示例，展示了如何构建一个基本的LED灯恒流驱动电路，并结合相关的电学原理及常见应用案例进行讲解：

import RPi.GPIO as GPIO
from time import sleep

# 定义GPIO引脚结构
IN_P = 18 # 输入端子
OUT_P = 20 # 输出端子
PWR_P = 15 # 电源输入端子
FRC_P = 19 # 全部晶闸管保护
LDR_R = 11 # 阻值电阻

# 初始化GPIO设备
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(IN_P, GPIO.OUT)  # 连接电源输入端子
GPIO.setup(OFF_P, GPIO.IN)  # 连接所有输出端子
GPIO.setup(PWR_P, GPIO.OUT)  # 设置电源供电
GPIO.setup(FRC_P, GPIO.OUT)  # 设置全部晶闸管保护
GPIO.setup(LDR_R, GPIO.IN)

def pwm_signal(current_level):
    base_p = GPIO.output(IN_P, current_level)
    current_level = base_p
    while not GPIO.input(OFF_P):  # 灯泡不熄灭
        PWM_P = GPIO.output(FRC_P, current_level * 2)
        current_level += PWM_P / 2
        sleep(0.1)  # 模拟LED闪烁时间

# 实现LED灯点亮/熄灭的逻辑控制
while True:
    if GPIO.input(OFF_P):  # 当灯泡处于关闭状态
        pwm_signal(0)
        GPIO.output(IN_P, 0)  # 基极断开
    else:  # 当灯泡处于开启状态
        pwm_signal(1)
        GPIO.output(IN_P, 1)  # 基极短接

此代码示例基于Raspberry Pi的GPIO库。我们使用了PWM脉冲宽度调制技术（PWM）作为LED灯的触发信号，通过基极开路的方式实现了对LED灯的恒流驱动。具体操作过程为：当LED灯关闭时，PWM信号上升一倍，电流保持在一个较低水平，从而使得驱动电路能有效控制LED灯的开启或关闭。反之，当LED灯开启时，PWM信号下降一半，确保LED灯的电流在一定范围内波动。

注意，上述代码仅为一个基础的示例，实际应用中可能还需要考虑电路的稳定性、耐热性、负载匹配、LED灯功率转换等问题。此外，具体的电机选择、控制器软件设计、光敏电阻传感器接入等细节也需根据实际情况进行调整。同时，为了提高控制精度，还应考虑到误差传递和反馈机制，以便于优化电路参数和性能。在实际设计过程中，通常需要参考LED灯的详细介绍，以及现有的各种硬件接口标准（如CCFL、PWM、IR等），以便更好地与应用平台和设备对接。