剖析：LED變色燈電路

　　LED變色燈是一種新型燈泡。它的外形與一般乳白色白熾燈泡相同，但點(diǎn)亮后會(huì)自動(dòng)按一定的時(shí)間間隔變色。循環(huán)地發(fā)出青、黃、綠、紫、藍(lán)、紅、白色光。它適用于家庭生日派對(duì)、節(jié)日聚會(huì)、過(guò)節(jié)過(guò)年，給節(jié)日添加歡樂(lè)氣氛：也可用于娛樂(lè)場(chǎng)所及作廣告燈等。該變色燈泡的特點(diǎn)是，節(jié)能（耗電約1W）、壽命長(zhǎng)、使用方便、價(jià)格便宜。

　　為什么會(huì)自動(dòng)變色呢？是用什么電路來(lái)實(shí)現(xiàn)變色昵？把LED變色燈泡拆開(kāi)來(lái)瞧瞧，通過(guò)從印制板上的元器件及走線整理出電路圖．對(duì)該電路作了了解及分析。發(fā)現(xiàn)該電路設(shè)計(jì)得比較巧妙，有獨(dú)到之處?，F(xiàn)將該電路作一剖析，供電路設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)人員及愛(ài)好者作參考。

　　變色的光學(xué)原理

　　變色燈是由紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三基色LED組成的。雙色LED是我們十分熟悉的。一般由紅光LED及綠光LED組成。它可以單獨(dú)發(fā)出紅光或綠光。若紅光及綠光同時(shí)亮點(diǎn)時(shí)，紅綠兩種光混合成橙黃色。變色燈的變色原理如圖1所示。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，則能按圖1的情況發(fā)出七種不同顏色的光來(lái)。

　　變色燈的結(jié)構(gòu)框圖

　　LED變色燈的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。它由電容降壓式穩(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。控制器的輸出端（1、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控制器是變色燈的關(guān)鍵，它是由CD4060來(lái)承擔(dān)的，先介紹一下CD4060。

　　CD4060簡(jiǎn)介

　　CD4060是4000系列CMOS器件中的一種，是14位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。它內(nèi)部有兩反相器，外接兩個(gè)電阻及一個(gè)電容就可組成振蕩器，作為時(shí)鐘發(fā)生器。輸入時(shí)鐘脈沖時(shí)（下降沿），輸出端輸出記數(shù)脈沖。它有一個(gè)復(fù)位端（Reset），當(dāng)復(fù)位端為高電平時(shí)．所有輸出端都是低電平，如表1所示。

　　CD4060為16管腳DIP封裝，各管腳排列如圖3所示。其中Clock in是時(shí)鐘脈沖輸入，Clock out1及Clockout2是時(shí)鐘脈沖輸出（相位差180°，Reset是復(fù)位輸入端（高電平有效）．Q4～Q14是二進(jìn)制記數(shù)脈沖輸出端，Vdd為電源正端（3～18V）．Vss為電源負(fù)端。

　　變色燈的電路圖

　　LED變色燈的電路如圖4所示。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(shuō)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(kāi)電源后，C1上的電荷經(jīng)R1放電，防止燈頭上帶電。

　　這種電源的特點(diǎn)是，當(dāng)負(fù)載的電壓遠(yuǎn)小于220V時(shí)，負(fù)載上電流IL≈69C（C為降壓電容，單位為uF，IL的單位為mA）。例如，C=0.47 u F時(shí)，流過(guò)負(fù)載的電流約32.4mA，并且這個(gè)電流是比較穩(wěn)定的：另外，這種電源尺寸?。ㄕ伎臻g?。?。其缺點(diǎn)是對(duì)市電是不隔離的，要求封閉在燈頭內(nèi)，并有良好的絕緣。

　　2．變色控制部分 變色控制部分由二進(jìn)制記數(shù)器CD4060承擔(dān)。時(shí)鐘脈沖信號(hào)不采用一般的振蕩器電路（CD4060內(nèi)部有兩個(gè)反相器，外接兩個(gè)電阻、一個(gè)電容即可組成振蕩器），而在電源電路中串接R5，在R5上的50Hz交流電壓經(jīng)R3、C3組成的微分電路形成尖脈沖作為時(shí)鐘脈沖信號(hào)。在輸出記數(shù)脈沖中選擇Q8、Q9、Q10三端與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。Q8、Q9、Q10的輸出時(shí)序如圖5所示。50Hz的周期為0.02s，Q8的周期為5.12s，Q9的周期為10.24s，Q10的周期為20.48s。

　　Q8接紅色LED串的負(fù)極、Q9接藍(lán)色LED的負(fù)極、Q10接綠色LED串的負(fù)極．則在Q8為高電平、Q9、Q10為低電平時(shí)，藍(lán)光、綠光LED串亮，混色后發(fā)出青光（因Q9、Q10為低電平，Reset端為低電平）。經(jīng)過(guò)2.56s后變成R、G亮，發(fā)出黃光。

　　在圖5的時(shí)序圖中，可以看到Q8到第4個(gè)周期時(shí)，Q8、Q9、Q10輸出都是高電平，則三串LED都滅。為避免在變色過(guò)程中出現(xiàn)這種情況，在電路中增加了D7～D9三個(gè)二極管，并由R4連接到復(fù)位端（Reset）。

　　在剛出現(xiàn)Q8、Q9、Q10三端都是高電平時(shí)，此時(shí)12腳（Reset）上出現(xiàn)高電平。器件被復(fù)位，使Q4-Q14各輸出端都為低電平（見(jiàn)附表）。一旦Q8、Q9、Q10出現(xiàn)低電平，紅、綠、藍(lán)光LED都亮，燈光成白光，即在出現(xiàn)紅光后，當(dāng)紅光結(jié)束，馬上變成白光，Reset端馬上變成低電平，跳過(guò)了2.56s的滅燈情況，這是電路上設(shè)計(jì)的巧妙之處。

　　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。LED采用視角大、亮度高的草帽型。

　　在圖4的電路中，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。

　　外形與印制板

　　LED變色燈泡的外形如圖6所示。

　　乳白色玻璃外罩的直徑為Φ60 mm。印制板分兩塊，一塊是電源部分及控制器部分，另一塊是LED陣列。電源部分及控制器部分的印制板圖如圖7所示（印制板外圓尺寸Φ38mm）。圖中僅示出有關(guān)元器件位置及印制板的走線（并未按比例畫）。LED陣列的印制板如圖8所示（并未按比例畫）。僅表示各色LED的排列及印制板的走線。兩印制板之間有4條連接線連接，在兩印制板間有絕緣墊隔離。

　　這里要指出的是，外部燈泡必須采用乳白色的。這樣才能較好的混色，不可采用透明的材料。

　　這種變色燈泡的功率約1W，比較省電，但亮度差一點(diǎn)，比較新穎、效果不錯(cuò)。