LED应急照明灯的驱动电路设计

蓝光(InGaN)LED 的显示波长(色彩)会随着正向电流的变化而改变，如图2 所示。蓝光LED 的正向伏安特性是图3 众多曲线之一。

当工作电流在4～10mA 范围时，其正向电流/电压变化率为ΔI/ΔV=2.6mA/0.1V;
当工作电流在10mA 以上时，其正向电流/电压变化率为ΔI/ΔV=3.3mA/0.1V。真正发射白光的LED 是不存在的， 因为LED的特点是只发射一个波长的光线。为此， 在白光LED 设计中，采用了在发射蓝光InGaN 基料上覆盖转换材料,这种材料在受到蓝光激励时会发出黄光，于是得到了蓝光和黄光的混合物, 在肉眼看来就是白色的。一组随机挑选的白光LED 的电流-电压曲线如图3 所示。

由图3 可知，白光LED 要求高于3V 的电压驱动， 正向电流为10mA 时, 正向电压的范围为3.5～3.8V。直接用电池驱动白光LED 是很困难的,因为绝大数电池会随着放电使电压低于LED 所需要的最小正向导通电压而截止。锂电池在完全充满电时可以提供4.2V 的输出电压,在很短的一段工作时间内会下降到标称3.5V 电压，随着电池放电,其输出电压会进一步下降到3.0V，可以满足直接驱动照明LED 的供电要求。

对于这些白光LED，施加3.3V 电压(图3 右虚线) 会产生2～5mA 的正向电流, 导致不同亮度的白光。许多便携式或采用电池供电的设备使用白光LED 作为背光，例如PDA 彩色显示器需要白色背景光，要求恢复色彩与原物接近。在这些白光照明要求较高的应用中，单个白光LED 的照明亮度是不够的,需要同时点亮几只白光LED， 但必须采用特定的供电方式，以确保它们的强度和色彩一致,即使在电池放电或其它条件变化时也应如此， 所以一般采用带有电流控制的电荷泵作为白光LED 的供电电源，它能提供一个足够高的输出电压, 并且在并联连接的LED 上加载同样的电流。如Maxim 提供带有电流控制的电荷泵(采用MAX1912 芯片)，可以同时并联驱动3 个以上的白光LED,输出电流可达60mA。

4 LED 应急照明灯控制电路设计:

4.1 变压、整流与滤波电路设计

在正常情况下一般由AC220V 市电供电，为此设计了变压、整流、滤波电路，如图4 所示。其作用是：AC220V 经变压器T1 降压为AC8V 电压，经D1～D4 桥式整流和C1 滤波后，得到直流电压，供给充电电路和其它电路使用。


4.2 状态指示电路设计

本应急照明灯主要有主电供电状态、充电工作状态和电路故障状态3 种工作状态，分别用标准的绿光LED、红光LED 和黄光LED 来指示，根据控制要求设计了主电指示、充电指示、故障指示电路和工作状态检测电路，如图5 所示。

(1)主电供电状态。当接通主电电源后，经降压、整流和滤波后得到的直流电压， 经过R1、Rx、D10 限流后，使主电指示灯D10(绿)亮，D10 正向导通电压为2V， 正常显示电流10～20mA; 主电断电后，主电指示灯D10 熄灭。

(2)充电工作状态。刚开始充电时，充电电池电压较低，Q4 截止， 整流、滤波后的直流电压经R1、R9、D11 限流后，使充电指示灯D11(红)亮,D11 正向导通电压为1.8V，正常显示电流10～20mA;当电池电压升高到一定值时，导致D7 截止，并经R8→R10→Q4(9013)通路，使Q4 导通，从而使红灯D11熄灭。

(3)电路故障状态。在主电供电的情况下，当电池失效或者与之串联的保险管熔断后，施加的直流电压高于6.8V 使稳压管D9 工作，再经过R12 使故障灯D12(黄)亮,D12 正向导通电压为2V，正常显示电流10～20mA。当主电断电后，故障灯D12 熄灭。

4.3 应急转换电路设计

当主电正常供电时，整流、滤波后的直流电压经R8、D7 限流后，给电池BT 充电;同时，该真流电压经R1、R3，对C2 充电，为应急转换做好准备，并使Q1 导通，但由于C 点电位高于A 点电位，而使D5 和Q2 截止。
当主电由供电转为断电时，C2 上的充电压使Q1 继续保持导通状态，C 点由高电位转为低电位，使D5 和Q2 导通， 充电电池向LED 应急照明电路供电。选择蓄电池容量为3.6V/300mAh，在LED 照明电路电流小于等于200mA 的情况下， 确保LED应急照明工作时间不小于90min。在主电正常供电的情况下，闭合试验按钮SB，则模拟主电断电而进入应急照明状态，打开试验按钮恢复主电供电状态。

根据上述控制要求，设计的应急照明灯的应急转换电路，如图6 所示。

4.4 LED 应急照明电路

该应急照明灯的应急照明功能是由白光LED来实现的， 由于单只白光LED 的发光亮度有限，不能满足实际要求而使用了多只LED，设计的控制电路如图7 所示。为了照明光线的均匀性，将应急照明电路做成2 块板，分布在底座的两边，每块应急照明板上均安装了4 只白光LED，每只LED 的正向导通电压为3V 左右， 正向工作电流范围为10～30mA。同时，为了避免LED 正向导通电压的离散性而导致功率消耗不均衡的问题，每只LED 串联一只电阻后再并联使用。在本设计中共使用了8 路白光LED 电路，总的工作电流不能超过200mA，即每个LED 回路的工作电流不能超过25mA， 以保证应急工作时间不小于90min。