第２５卷第２期 ２０１１年６月 上海工程技术大学学报 Ｖｏ１．２５ ＮＯ．２ ＪＯｕＲＮＡＬ ＯＦ ＳＨＡＮＧＨＡＩ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＳＣＩＥＮＣＥ Ｊｕｎ．２０１１ 文章编号：１００９—４４４Ｘ（２０１１）０２一【）１４７一Ｏ４ 一种基于直流电源的声光控ＬＥＤ照明灯 卓郑安，孙文辉，马士贺，肖佑升 （Ｊｋ海工程技术大学电子电气工程学院，上海２０１６２０） 摘要：采用直流电源下基于振荡波关断的声光控开关电路，控制发光二极管（ＬＥＤ）照明灯的工 作．其适用于没有２２０ Ｖ正弦交流电电网的特殊公共场所的照明，以及电路频繁启动或关断的状 态．结果表明，该照明方法简单，节能效果好，还能提高使用者的舒适度． 关键词：直流电源；振荡波；声光控开关；ＬＥＤ照明灯 中图分类号：ＴＮ ９２３ 文献标志码：Ａ Ａ Ｓｏｕｎｄ－Ｌｉｇｈｔ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ＬＥＤ Ｌａｍｐ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＤＣ Ｐｏｗｅｒ ＺＨＵＯ Ｚｈｅｎｇ—ａｎ，ＳＵＮ Ｗｅｎ—ｈｕｉ，ＭＡ Ｓｈｉ—ｈｅ，ＸＩＡ０ Ｙｏｕ—ｓｈｅｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ ｗａｖｅ ｓｏｕｎｄ—ｌｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｓｗｉｔｃｈ，ＬＥＤ ｌａｍｐｓ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ｗｉｔｈ ＤＣ ｐｏｗｅｒ ｃａｎ ｂｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｏｎ ａｎｄ ｏｆｆ．Ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｓｐｅｃｉａｌ ｐｕｂｌｉｃ ｐｌａｃｅｓ ｗｉｔｈｏｕｔ ２２０ ｖｏｌｔ ｓｉｎｅ ＡＣ，ｏｒ ｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ｗｈｅｒｅ ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ ｔｕｒｎｉｎｇ ｏｎ ａｎｄ ｔｕｒｎｉｎｇ ｏｆｆ ａｒｅ ｒｅｑｕｉｒｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｓ ｑｕｉｔｅ ｓｉｍｐｌｅ，ｈａｓ ａ ｇｏｏｄ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ ｏｆ ｕｓｅｒｓ ｉｎ ｄａｉｌｙ ｌｉｆｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＤＣ ｐｏｗｅｒ；ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ ｗａｖｅ；ｓｏｕｎｄ－ｌｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｓｗｉｔｃｈ；ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）ｌａｍｐ 近年来，有关“声光控开关”的应用实例，均采 论一种基于直流电源的声光控ＬＥＤ灯． 用２２０ Ｖ（５０ Ｈｚ）正弦交流电作为工作电源，供给 白炽灯、荧光灯和普通节能灯等负载．一般地，白光 ＬＥＤ照明灯（以下简称ＬＥＤ灯）的能耗仅为白炽 灯的１／ｌｏ，为荧光节能灯的１／４；使用寿命可达１０ ｈ以上；可在高速状态下工作，适用于频繁启动或 关断；可固态封装而不怕振动，基本上不考虑散热； 图１为基于２２０ Ｖ正弦交流电的声光控ＬＥＤ 灯的原理图．由图可见，在电路的右边部分，２２０ Ｖ １ ２２０ Ｖ正弦交流电声光控ＬＥＤ灯 交流电输入端（图中标记１，３）串接一盏小于１００ ｗ的白炽灯，而２２０ Ｖ交流电经过桥式整流后输 出的有过零点的脉动电压（图中标记２，４）连接晶 闸管的阳极．外界的声控电路和光控电路可以控制 还可在低热电压下工作且安全可靠．可见，ＬＥＤ灯 已成为白炽灯和荧光节能灯的有力挑战者［】］．如果 在特殊的照明场所不具备２２０ Ｖ正弦交流电，或被 声控和光控的负载是在恒流状态下工作的ＬＥＤ 灯，电路就要用直流电压源作为工作电源．本文讨 晶闸管的导通或阻断，晶闸管的通断直接控制白炽 灯的亮与暗． 收稿日期：２０１１—０３—０４ 作者简介：卓郑安（１９５７一），女，副教授，研究方向为电子科学与技术．Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｚａ８２１１＠１２６．ｅｏｍ 上海工程技术大学学报 第２５卷 图１基于２２０ Ｖ正弦交流电的声光控ＬＥＤ灯原理图 Ｆｉｇ．１ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｓｏｕｎｄ－ｌｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ＬＥＤ ｌａｍｐ ｂａｓｅｄ ｏｎ ２２０ ｖｏｌｔ ｓｉｎｅ ＡＣ ｐｏｗｅｒ 一般声光控开关的主电流回路主要采用晶闸 压，控制极Ｇ立即失去作用．但是晶闸管仍然不关 断，并有维持导通的最小阳极电流Ｉ ．晶闸管从导 通到阻断，必须在阳极Ａ和阴极Ｃ之间施加反向 （或过零）电压才能阻断最小阳极电流Ｊ ，从而关 断无触点开关使ＬＥＤ灯熄灭． 管控制，由于晶闸管导通与否，与施加电压和触发 电压有关，所以导通后要有最小维持电流．而白炽 灯和荧光节能灯的工作电流为非连续脉冲方式，晶 闸管连续不定地导通或断阻，使得灯光闪烁不定， 晶闸管的抗电压冲击能力和抗电流冲击能力较差， 又是非零电压完全导通，大电流工作时发热严重， 在这点上被控负载的适用范围较小Ｌ２］． ２基于直流电源的声光控ＬＥＤ灯 声光控负载改用高亮度ＬＥＤ灯，电路直接用 直流电源，这样，对于ＬＥＤ灯最有利．但是，声控或 光控的触发信号经过延时开关使ＬＥＤ灯点亮后， 如何用脉动交流开关去关断晶闸管是要解决的关 键问题． 图２直流电源声光控ＬＥＤ灯原理图 Ｆｉｇ．２ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｓｏｕｎｄ－ｌｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ＬＥＤ ｌａｍｐ ｗｉｔｈ ＤＣ ｐｏｗｅｒ 图２为一种基于直流电源的声光控ＬＥＤ灯原 理图．用占空比（矩形波在一个周期内高电平的时 间与周期之比）可调的矩形波发生器功能模块，自 矩形波输出电压只有两种逻辑状态，不是高电 平“１”就是低电平“０”，而且两种状态自动地互相转 换．图２选用占空比可调的矩形波发生器模块，用 动产生并输出数字信号“１”或“０”，去开启或关断 ＬＥＤ灯＿３ Ｊ．另外，通过传感器（比如红外线传感 器、光敏电阻等）控制ＶＴ 开关，使得电子继电器 得电或失电，从而控制ＬＥＤ灯实现串联与并联的 切换，并达到调节灯亮度的效果． ２．１设计思想 矩形波输出的无触点开关，模拟整流后输出的脉动 交流开关． 基于直流电源的声光控ＬＥＤ灯电路工作原理 是：晶闸管阳极Ａ串接ＬＥＤ灯（以及可调电阻Ｒ） 后，与矩形波输出端相连，晶闸管阴极ｃ接地．当 矩形波输出为高电平“１”时，一旦有声控或光控触 在传统声光控开关电路中，声控信号或光控信 号实时开启电子开关，经ＲＣ延时电路后产生正触 发信号作用在控制极Ｇ上，晶闸管立即导通，ＬＥＤ 灯就点亮，此时控制极Ｇ立即失去作用；当矩形波 输出为低电平“０”时，该过零信号立即使晶闸管阻 断，ＬＥＤ灯就熄灭．对于调节灯亮度的电路，是利 发信号，加在晶闸管控制极Ｇ上．当晶闸管阳极Ａ 和阴极Ｃ之间加正向电压时，无触点开关导通而 ＬＥＤ灯点亮．管子触发导通后，延时电路输出低电 第２期 卓郑安，等：一种基于直流电源的声光控ＬＥＤ照明灯 用传感器对三极管的开关功能，使电子继电器线圈 得电或失电．当两灯串联时，ＬＥＤ灯较暗；当两灯 并联时，ＬＥＤ灯较亮，从而起到调光效果．其中，改 变模块外置电路中电位器的滑动端，就可以改变波 形的占空比，调节ＬＥＤ灯亮暗的时间． ２．２ 电路实例 图３为一种基于振荡波关断的声光控ＬＥＤ灯 电路实例．晶闸管阳极与ＬＥＤ灯串联后，与振荡波 的输出端相连，用振荡电路产生的矩形波来关断晶 闸管． 图３ 一种基于振荡波关断的声光控ＬＥＤ灯电路实例 Ｆｉｇ．３ Ａ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ｓｏｕｎｄ。ｌｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ＬＥＤ ｌａｍｐ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ ｗａｖｅ ｏｎ－ａｎｄ‘ｏｆｆ ｓｗｉｔｃｈ １）设ＶＴ 饱和导通（ＶＴ 基极通过尺 Ｒ 。 线圈得电后，常开触点闭合，常闭触点打开， ＬＡＭＰ 与ＬＡＭＰ：并联而亮度提高，达到传感器 间接调节亮度的效果． 接７．５ Ｖ电源正极，故会饱和导通．导通条件为输 入管压降Ｕｅ ≈Ｏ．７ Ｖ）．一旦饱和导通后输出管压 降Ｕ ≈０ Ｖ，Ｃ—Ｅ极之间相当于闭合的开关，则 Ｄ 导通，并使Ｃ 负极“虚地”． ２）电流通过Ｒ 给Ｃ 充电，仅当ｃ 的两端电 压充电到约０．７ Ｖ时，ＶＴ 的Ｂ—Ｅ极正偏而立即 饱和导通，则Ｄ 导通，并使ｃ 负极“虚地”．ＶＴ 饱和导通前，Ｃ 处于反向充电状态（＋７．５ Ｖ— Ｄ 一Ｃ６一ＶＴ 的Ｂ—Ｅ），反向充电最高电压为 ７．５—０．７—０．７＝６．１ Ｖ．ＶＴ 饱和导通后，Ｃ 负极 图４振荡电路的输出波形 Ｆｉｇ．４ Ｏｕｔｐｕｔ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｏｆ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ “虚地”立即使得ＶＴ 反向偏置而截止断开．但是， Ｃ６两端的电压不能突变，Ｃ 对地的电位从一０．７ Ｖ充电到约０．７ Ｖ需要一段时间，才能使得ＶＴ 再次饱和导通． ３）振荡电路的输出波形如图４所示．模拟了 ２２０ Ｖ正弦交流电经过桥式整流后的输出脉动（有 过零点的）交流开关．当接人串联了ＬＥＤ灯的晶闸 管阳极后，此“数字开关”控制晶闸管的通与断，达 图５ 用传感器控制灯亮度的调节电路 Ｆｉｇ．５ Ｌｉｇｈｔ ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ｗｉｔｈ ｓｅｎｓｏｒ 到了控制ＬＥＤ灯亮或暗的目的． 用传感器控制灯亮度的调节电路如图５所示． 利用传感器的触发导通，将高电平或者更大的电压 电流，加在晶体管ＶＴ 的基极，使集电极和发射极 饱和导通，使电子继电器线圈得电．线圈得电前，常 开、常闭触点维持常态，ＬＡＭＰ 与ＬＡＭＰ：串联； ３ 结 语 在实际电路中测得ＬＥＤ灯较亮（即两灯并联） 时，通过ＬＥＤ灯的电流约为９ ｍＡ，两端的电压约 ・ １５（） ・ 上海工程技术大学学报 第２５卷 为５．３ Ｖ，耗能约为４８ ｍｗ，节能显著；ＬＥＤ灯较 暗（即两灯串联）时，通过ＬＥＤ灯的电流约为３ 参考文献： ［１］ 李升源，黄瑞强．基于７５５５定时器的照明光声控制电 路ＬＪ］．节能技术，２００５，２３（１）：６６—６８． ［２］ 华成英，童诗白．模拟电子技术基础［Ｍ］．４版．北京： 高等教育出版社，２００６． ｍＡ，两端的电压约为５．３ Ｖ，耗能约为１６ ｍｗ，节 能效果更好． 把实际电路中振荡波形的占空比设计成可调 节的，使得充放电回路的时间常数不同，充电时间 快（由Ｒ ，Ｃ 决定），而放电时间慢（由Ｒ ：，Ｒ Ｃ Ｅ３］ 秦曾煌．电工学：上册［Ｍ］．６版．北京：高等教育出版 社，２００４． 决定）．这样，既提高了占空比，使振荡波形的输出 更接近于脉动的直流电（但又有过零点），又减小了 ＬＥＤ灯的频闪，提高了使用者的舒适度． Ｅ４３ 张跃，陈选达，廖承茵．直流声光控延时照明开关的设 计与制作［Ｊ］．太阳能，２０１０（２）：４１—４２． 科技论文写作中常见的差错（２） １ 名词、术语不规范（括号内为规范的名词、术语） 名词、术语的不规范主要是使用时没有以全国自然科学名词审定委员会公布的各学科名词及有关标 准为准，而是使用了不规范的，或已淘汰的名词、术语。如： 噪音（噪声） 摩尔系数（摩尔因数） 摩擦系数（摩擦因数） 可控硅（晶闸管） 砼（混凝土） 导电率（电导率） 付立叶变换（傅里叶变换） 磁场强度（磁感应强度） 试验天数／ｄ（试验时间／ｄ） 导热率（热导率） 重５６５ ｇ（质量５６５ ｇ） 重量（质量或重力） 机率（概率） 几率（概率） 粘土（黏土） 域值（阂值） 阀值（阂值） 机理（机制） 机能（功能） 机械性能（力学性能） 刊号（连续出版物号） 分子量（相对分子质量） 比热（比热容） 绝对温度（热力学温度） 定压比热（比定压热容） 比重（密度或相对密度） 扭矩（转矩） 矽钢片（硅钢片） 热传导因数（热传导系数） 震荡（振荡） 印刷电路板（印制电路板） 变比（电压比（变压器）） 变比（变压比（互感器）） 螺帽（螺母） 两极管（二极管） 保险器（熔断器） ２ 常见的别字（括号内是正确的） 兰（蓝）色 组份（分） 水份（分） 图象（像） 象（像）素 尤（犹）如 分岐（歧） 松驰（弛） 幅（辐）射 签定（订） 园（圆）梦 予（预）热 按（安）装换档（挡） 水蒸汽（气） 聚氨脂（酯） 提高挡（档）次辨（辩）证统一 叠（迭）代法 变态反映（应） 再接再励（厉） 倍（备）受关注来场考查（察） 洽淡（谈） 出身（生）于某地 １年既（即）可收回成本 即（既）……又…… 截止（至）２０００年底 主要为害（危害）南瓜的茎和果 藉（借）以降低磷含量
