項(xiàng)目四初識LED景觀工程

1、 項(xiàng)目四 初識LED景觀工程 從LED夜景工程的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢入手，介紹了LED在夜景景觀照明工程中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，并通過LED變色燈的實(shí)例，使得讀者能夠?qū)ED景觀工程有初步的了解，在本項(xiàng)目的最后將介紹LED夜景施工組織流程。 知識目標(biāo)對LED開關(guān)驅(qū)動電路和LED變色燈原理的認(rèn)知。 技能目標(biāo)學(xué)會如何組建LED變色彩燈電路。 任務(wù)一 開關(guān)型驅(qū)動電路分析 任務(wù)任務(wù)二 變色彩燈的制作 任務(wù)一 開關(guān)型驅(qū)動電路分析 LED燈是一種新型光源，與普通的霓虹燈比，其特點(diǎn)是不產(chǎn)生光污染和熱輻射、耗能低（節(jié)能60%以上，維護(hù)成本節(jié)約80%以上），在用電量巨大的景觀照明市場中具有很強(qiáng)的競爭力,優(yōu)勢明顯;且具有色彩豐

2、富逼真、圖形多變等優(yōu)點(diǎn)，目前已被不少大城市用來裝飾街道和標(biāo)志性建筑物。 一、LED夜景工程1.LED夜景工程發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 近幾年,隨著技術(shù)的突破，應(yīng)用的拓展，發(fā)光二極管(LED)半導(dǎo)體在城市景觀照明中的應(yīng)用也越來越多。半導(dǎo)體照明符合現(xiàn)代社會對城市景觀照明的新要求:環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)及光色變化，因此作為新型半導(dǎo)體光源正成為景觀照明中最佳選擇的光源之一。 我國也將把半導(dǎo)體照明作為一個(gè)重大工程進(jìn)行推動?！笆濉逼陂g我國半導(dǎo)體照明領(lǐng)域的研究目標(biāo)主要放在培育LED產(chǎn)業(yè)鏈上。目前我國在半導(dǎo)體照明領(lǐng)域已經(jīng)初步形成從外延片生產(chǎn)、芯片制備和器件封裝集成應(yīng)用的比較完整的產(chǎn)業(yè)鏈。然而，由于半導(dǎo)體景觀照明不同于半導(dǎo)體

3、照明的其他領(lǐng)域，它對最終的實(shí)施效果有藝術(shù)化的要求，這就涉及到如何設(shè)計(jì)和使用的問題。2. LED景觀照明的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 LED是一種新型光源，代表著最新的照明科技。因此使用LED照明目前似乎正逐漸成為一種最為時(shí)髦的做法。似乎用了LED就貼上了科技領(lǐng)先的標(biāo)簽。然而，不考慮建筑原有風(fēng)格形態(tài)。盲目使用LED照明，一味追求色彩變化也成為許多建筑照明設(shè)計(jì)的通病。 LED燈具色彩可變。易于控制是其優(yōu)于其他種類光源和燈具的特性。因此，在實(shí)際的工程中采用LED時(shí)大多會選擇使用這一特性，設(shè)計(jì)變色的照明效果。 此外，LED色彩變化的頻率和速度也是應(yīng)該進(jìn)行設(shè)計(jì)的內(nèi)容。變化過快的色彩方案，容易造成視覺疲勞，缺乏設(shè)計(jì)的圖形

4、色彩更會導(dǎo)致觀者的煩躁情緒。尤其在一些重要的交通節(jié)點(diǎn)，頻繁閃爍變化的LED照明，甚至?xí)绊懙降缆返慕煌ò踩?LED技術(shù)在近兩年發(fā)展得非?？?，LED發(fā)光效率也大幅度地在提高。高亮度、超高亮度的LED都已廣泛運(yùn)用到實(shí)際工程中。但同樣值得反思的是并不是LED亮度越高就越好。 3.LED景觀工程應(yīng)用實(shí)例（1）水立方（2）上海東方明珠塔（3）費(fèi)城藝術(shù)大道（4）杭州運(yùn)河（5）英國倫敦眼（6）廈門中閩大廈二、開關(guān)電源驅(qū)動電路1.開關(guān)電源驅(qū)動的基本構(gòu)成和原理目前，驅(qū)動LED中常用的直流穩(wěn)壓電源主要有線性電源和開關(guān)電源兩類。根據(jù)調(diào)整管的工作狀態(tài)，我們常把穩(wěn)壓電源分成兩類：線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。（1）開關(guān)

5、電源驅(qū)動的基本構(gòu)成與原理基本構(gòu)成基本工作原理 開關(guān)電源的基本工作原理： 輸入的交流電(市電)首先經(jīng)整流濾波電路形成直流電壓Vs，該直流電Vs，再經(jīng)通斷狀態(tài)由下圖所示波形Vc控制的電子開關(guān)電路后，變換成脈沖狀交流電壓Vo。Vs再經(jīng)電感、電容等儲能元件構(gòu)成的整流濾波電路平滑后，輸出直流電壓Vo。開關(guān)電源工作波形圖（2）開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn) 開關(guān)電源具有功耗小效率高、體積小重量輕、穩(wěn)壓范圍寬、電路形式靈活等多方面的優(yōu)點(diǎn)。功耗小、效率高、工作可靠穩(wěn)定體積小、重量輕穩(wěn)壓范圍寬，適用范圍廣安全可靠電路形式靈活多樣、設(shè)計(jì)簡便（3）專用控制器件PWM控制電路的基本構(gòu)成 可見，PWM控制電路由以下幾部分組成：基準(zhǔn)電壓

6、穩(wěn)壓器，提供一個(gè)供輸出電壓進(jìn)行比較的穩(wěn)定電壓和一個(gè)內(nèi)部IC電路的電源；振蕩器，為PWM比較器提供一個(gè)鋸齒波和與該鋸齒波同步的驅(qū)動脈沖控制電路的輸出；誤差放大器，使電源輸出電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較；以正確的時(shí)序使輸出晶體管導(dǎo)通的脈沖倒相電路。振蕩頻率由外部電容(CEXT)和電阻(REXT)加以設(shè)定。 2.雙端驅(qū)動集成電路TL494及其應(yīng)用 TL494為雙端輸出的PWM脈沖控制驅(qū)動器，總體結(jié)構(gòu)比同類集成電路SG3524更完善。T L494內(nèi)部有兩組誤差放大器，以及由PWM比較器組成的主控系統(tǒng)、精度為5V土02 5 V的基準(zhǔn)電壓輸出。其兩組時(shí)序不同的驅(qū)動脈沖輸出端，內(nèi)置發(fā)射極和集電極開路驅(qū)動緩沖器，以

7、便于驅(qū)動NPN、PNP雙極型開關(guān)管或N溝道、P溝道MOSFET管。TL494內(nèi)部電路框圖見下圖。3.LED驅(qū)動電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 開關(guān)電源是目前能量變換中效率最高的，一般有BUCK型（降壓型），BOOST（升壓型），還有很少用到的BUCK-BOOST型（升降壓型），效率可以達(dá)到90%以上。Buck、Boost和 Buck-Boost等功率變換器都可以用于LED的驅(qū)動，只是為了滿足LED驅(qū)動，采用檢測輸出電流而不是檢測輸出電壓進(jìn)行反饋控制。三種拓?fù)涞妮斎胼敵鲭妷宏P(guān)系三種拓?fù)涞牡湫蛻?yīng)用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)典型應(yīng)用降壓型車載、標(biāo)牌、投影儀、建筑升壓型車載、LCD背光、手電筒（閃光燈）降壓-升壓型醫(yī)療、車載照明燈、手

8、電筒（閃光燈）、緊急照明燈、標(biāo)牌（1）BUCK型（2）BOOST型（3）BUCK-BOOST型三、PWM調(diào)光知識介紹 不管你用Buck, Boost, Buck-Boost還是線性調(diào)節(jié)器來驅(qū)動LED，它們的共同思路都是用驅(qū)動電路來控制光的輸出。一些應(yīng)用只是簡單地來實(shí)現(xiàn)“開”和“關(guān)”地功能，但是更多地應(yīng)用需求是要從0到100%調(diào)節(jié)光的亮度，而且經(jīng)常要有很高的精度。使用脈沖寬度調(diào)制（PWM）來設(shè)置周期和占空度可能是最簡單的實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)光的方法。首先介紹幾個(gè)定義：1.占空比(Duty Cycle or Duty Ratio)（1）在一串理想的脈沖序列中（如方波），正脈沖的持續(xù)時(shí)間與脈沖總周期的比值。例

9、如：脈沖寬度1s，信號周期4s的脈沖序列占空比為0.25。（2）在一段連續(xù)工作時(shí)間內(nèi)脈沖占用的時(shí)間與總時(shí)間的比值。（3）在周期型的現(xiàn)象中，現(xiàn)象發(fā)生的時(shí)間與總時(shí)間的比。其實(shí)歸納一下也就是電路釋放能量的有效時(shí)間與總釋放時(shí)間的比。 2.LED調(diào)光比調(diào)光比則是按下面的方法計(jì)算： Foper=工作頻率；Fpwm=調(diào)光頻率；調(diào)光比率 = Foper / Fpwm，（其實(shí)也就是調(diào)光的最低有效占空比）。比如Foper=100khz;Fpwm=200Hz,則調(diào)光比為：100k/200=500;這個(gè)指標(biāo)在很多LED驅(qū)動芯片的規(guī)格書里都會做出說明。3.PWM調(diào)光其實(shí)也就是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的

10、一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換及LED照明等許多領(lǐng)域中。 PWM驅(qū)動的簡單電路上圖是一個(gè)可以使用PWM進(jìn)行驅(qū)動的簡單電路。圖中使用9V電池來給一個(gè)白熾燈泡供電。如果將連接電池和燈泡的開關(guān)閉合50ms，燈泡在這段時(shí)間中將得到9V供電。如果在下一個(gè)50ms中將開關(guān)斷開，燈泡得到的供電將為0V。如果在1秒鐘內(nèi)將此過程重復(fù)10次，燈泡將會點(diǎn)亮并象連接到了一個(gè)4.5V電池(9V的50%)上一樣。這種情況下，占空比為50%，調(diào)制頻率為10Hz。LED光源越復(fù)雜，就越要用PWM調(diào)光。這就需要設(shè)計(jì)者仔細(xì)思考LED驅(qū)動拓?fù)洹uck調(diào)節(jié)器為PWM調(diào)光提供了很多優(yōu)勢。如果調(diào)光頻率必須很

11、高或者信號轉(zhuǎn)換率必須很快，或者二者都需要，那么Buck調(diào)節(jié)器就將是最好的選擇。四、典型PWM集成驅(qū)動器 市面上的PWM集成驅(qū)動器很多，在下面的內(nèi)容中介紹一種單線數(shù)據(jù)傳輸3通道PWM-LED 驅(qū)動器CYT3006。CYT3006引腳功能名稱SOP8DFN8功能VCC11輸入電壓3.5v5.5vDCCAP22芯片內(nèi)部濾波電容GND33芯片地IN44級聯(lián)數(shù)據(jù)輸入OUT55級聯(lián)數(shù)據(jù)輸出PWM_B66PWM輸出藍(lán)色PWM_G77PWM輸出綠色PWM_R88PWM輸出紅色3.方框圖 系統(tǒng)方框圖4.應(yīng)用信息 串行總線方式可以有效的提高數(shù)據(jù)傳輸速度，每顆 IC 內(nèi)部又增設(shè)串行驅(qū)動器，方便地址位尋址，可以兼容舞

12、臺燈光，采用計(jì)數(shù)移位模式和地址模式，雙模式數(shù)據(jù)傳送方式，便于大數(shù)據(jù)量高速率傳輸。 PWM 型驅(qū)動器與功率器件結(jié)合，有效的提高輸出耐壓，增強(qiáng)驅(qū)動能力。比如與三極管結(jié)合設(shè)計(jì)，輸出串接多顆 LED，提高像素點(diǎn)亮度。按照設(shè)計(jì)需求，選擇合適的驅(qū)動管，達(dá)到符合設(shè)計(jì)的驅(qū)動電流和耐壓，靈活選型，靈活配置。 CYT3006 外圍器件簡潔，除幾顆濾波電容外，不再需要配置外圍器件，即可滿足工作條件。輸出與功率器件橋接，根據(jù)功率器件所需要的激勵電流，計(jì)算合適的電阻，匹配合適的輸出阻抗。PWM 輸出電流能力是 10mA，灌入電流能力是 25mA，設(shè)計(jì)注意不要超過這個(gè)值，避免 IC永久損壞。在滿足功率器件推動參數(shù)時(shí)，盡量

13、的減小激勵電流，從而降低像素點(diǎn)功耗。 復(fù)習(xí)思考題1開關(guān)型驅(qū)動電路的典型結(jié)構(gòu)是什么？2LED驅(qū)動電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分幾類，分別是什么？它們之間有何區(qū)別？3什么是PWM調(diào)光？ 任務(wù)二 變色彩燈的制作 大多數(shù)人的生活空間中，慘白或溫暖的燈光，我們普遍都習(xí)慣了。而新的LED變色燈，顏色是活的，它們具備靈動，能夠讓各種空間的色彩影響我們的心情。同時(shí)，它也具備調(diào)光、調(diào)色機(jī)制的LED燈具，可產(chǎn)生能改變空間氣氛的效果。一、LED變色燈 普通的LED變色燈由穩(wěn)壓電源、LED控制器及G、R、B三基色LED陣列組成。變色燈的變色原理是三種基色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

14、紫色光)；若紅、綠、藍(lán)三種LED同時(shí)點(diǎn)亮?xí)r，它會產(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，則發(fā)出七種不同顏色的光來。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。1.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2.變色燈的結(jié)構(gòu)框圖 LED變色燈的結(jié)構(gòu)框圖下所示。它由穩(wěn)壓電源、LED控制器及G、R、B三基色LED陣列組成。 電源輸出直流電壓供LED

15、陣列和LED控制器。其中LED控制器是變色燈的關(guān)鍵。有的廠家直接把程序燒寫在控制器中，也有的廠家使用計(jì)算機(jī)控制，可進(jìn)行編寫修改。二、單燈頭LED變色燈下面介紹一種使用CD4060和降壓式穩(wěn)壓電源制作的簡單LED變色燈。LED變色燈的電路如上圖所示。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D1D4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。（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)。（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。3.外形與印制板LED變色

16、燈泡的部分PCB板圖復(fù)習(xí)思考題1簡述變色燈變色的原理。 2變色彩燈共幾種基色，分別是什么。 3變色彩燈的重要部件是什么，為什么。 技能訓(xùn)練一變色LED燈的組裝 1.實(shí)訓(xùn)目的（1）認(rèn)識LED變色燈的基本原理；（2）掌握變色燈硬件的連接；（3）初步了解變色效果的編程。2.實(shí)訓(xùn)器材按下表準(zhǔn)備實(shí)訓(xùn)器材 序號類 型型號與規(guī)格數(shù) 量1LED開關(guān)電源輸入85380VAC，輸出12-24VDC12LED七彩控制驅(qū)動器輸入12-24VDC，輸出功率1-45（w）13LED變色燈1w34導(dǎo)線軟導(dǎo)線若干3.實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與步驟（1）識別各組件逐一觀察，并打開外殼初步了解開關(guān)電源和控制驅(qū)動器的各部分結(jié)構(gòu)，分析系統(tǒng)框圖（2）連接組裝電路（3）演示效果檢查電路連接無誤后，通電演示變色效果。如芯片變色程序已固化則不可更改，如可通過上位機(jī)修改也可嘗試進(jìn)行。項(xiàng)目小結(jié)1新型半導(dǎo)體光源是景觀照明中最佳選擇的光源之一。2LED是最新的光源但并不是萬能的光源，使用時(shí)應(yīng)注意場合。3LED燈具色彩可變。易于控制是其優(yōu)于其他種類光源和