TOP5 采用LM836的LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路原理分析

　　如下圖所示為數(shù)碼顯示日歷時(shí)鐘電路。它能同時(shí)顯示月、日、時(shí)、分、秒和星期，月、日、星期自動(dòng)轉(zhuǎn)換，每天可定鬧2次，有59min以?xún)?nèi)的睡眠定時(shí)功能。該日歷時(shí)鐘走時(shí)準(zhǔn)確，調(diào)校方便，夜間看時(shí)清楚，制作容易。

　　工作原理：

　　該電路的核心IC1是一片PMOS大規(guī)模集成電路LM8364。4腳為12/24小時(shí)制選擇端，高電平為24小時(shí)制。6腳懸空時(shí)應(yīng)從7腳輸入60Hz時(shí)基信號(hào)，接高電平時(shí)應(yīng)從7腳輸入50Hz時(shí)基信號(hào)。5、8、9、10、11、12、14、16、18腳分別接高電平時(shí)，可實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)的功能。當(dāng)鬧或睡眠定時(shí)信號(hào)到來(lái)時(shí)，17腳、42腳或15腳輸出的是可持續(xù)59min的高電平信號(hào)，控制VT4，再由VT4控制蜂鳴器。當(dāng)然VT4也可控制其他電路（如繼電器，收音機(jī)）。2、3、20～41腳可直接驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管作顯示。這些引腳除了能輸出“時(shí)分”信號(hào)外，還能輸出“月日”和“秒”信號(hào)，這些引腳是公用的。把 5腳和10腳同時(shí)接高電平，將在“時(shí)分”輸出端輸出電路“月日”；把10腳接高電平5腳接低電平，將在“分”輸出端輸出“秒”，圖中的IC2是一片 COMS十進(jìn)制計(jì)數(shù)/分配器集成電路CD4017，就是為IC1的5腳、10腳適時(shí)提供高電平的，這樣IC1就快速反復(fù)地輸出月日、時(shí)分、秒信號(hào)。IC2 還控制著VTl～VT3，使數(shù)碼管顯示某一內(nèi)容時(shí)其他內(nèi)容不顯示。由于人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，將觀(guān)察不到數(shù)碼管的閃爍，看到的是月日時(shí)分秒同時(shí)顯示。IC2 還起到調(diào)校選擇的作用。按下AN1，顯示內(nèi)容將被鎖定（隨機(jī)性的），顯示內(nèi)容就是當(dāng)前可調(diào)校的內(nèi)容。反復(fù)按下AN1，可選擇需要調(diào)校的內(nèi)容。IC3是一片 CMOS14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)分頻和振蕩集成電路CD4060，以它為核心構(gòu)成時(shí)基信號(hào)發(fā)生電路，分別給IC1和IC2提供60Hz和240Hz的時(shí)基信號(hào)。該電路決定時(shí)鐘走時(shí)精度，可微調(diào)C2，使日誤差在0.3s之內(nèi)。若要進(jìn)一步提高走時(shí)精度，應(yīng)穩(wěn)定IC3的工作電壓；或采用其他50Hz或60Hz時(shí)基信號(hào)發(fā)生電路，使用諧振頻率更高的晶振。

　　以IC4的CD4017為核心構(gòu)成星期顯示電路。IC4的時(shí)基信號(hào)（天）由IC1的42腳（鬧 2）提供，它的復(fù)位端（15端）接第7個(gè)輸出端（6腳），這樣當(dāng)IC1的42腳輸出高電平時(shí)，IC4的輸出端3、2、4、7、10、1、5腳依次變?yōu)楦唠娖?，直接?qū)動(dòng)發(fā)光二極管顯示星期。在該電路中，星期天的顯示沒(méi)有用3腳的高電平，而是由電源經(jīng)電阻R3限流后提供電流，這樣表示星期天的LED就一直亮著，提供參照物，使夜晚看星期更方便準(zhǔn)確。由于IC1的鬧2時(shí)間往往不設(shè)置在零點(diǎn)，所以星期的轉(zhuǎn)換可能會(huì)滯后幾小時(shí)，但對(duì)使用沒(méi)有大的影響。若每天需定鬧 2次，須將鬧2設(shè)置在鬧1之前；若每天只需定鬧1次，那么正好把鬧2設(shè)置在零點(diǎn)，斷開(kāi)R10，用鬧2來(lái)根供準(zhǔn)確的顯示星期用時(shí)基信號(hào)，只用鬧1來(lái)實(shí)現(xiàn)定鬧功能。

　　當(dāng)交流供電中斷時(shí)，由電池繼續(xù)給IC1、IC3、IC4供電，定時(shí)、計(jì)時(shí)功能保持，但I(xiàn)C2停止工作，VT1、VT2、VT3截止，LED顯示部分不亮，這樣可以延長(zhǎng)電池供電時(shí)間。在用交流供電時(shí)，可通過(guò)R1給電池充電。

　　元器件選擇：

　　集成電路IC1選擇LM8364，IC2選擇CD4017B，IC3選擇CD4060B，IC4選擇CD4017B。三極管要選用NPN型的，放大倍數(shù)大些為好。顯示用的10個(gè)LED數(shù)碼管和9個(gè)發(fā)光二極管應(yīng)選用高亮或超高亮度型的，數(shù)碼管選用共陰極型的。顏色及尺寸大小可根據(jù)自已的愛(ài)好選用。例如：顯示日期用綠色0.8英寸數(shù)碼管，顯示時(shí)間用0.8英寸紅色數(shù)碼管，顯示秒用0.56英寸紅色數(shù)碼管，發(fā)光二極管中心一個(gè)選用紅色，環(huán)形6個(gè)選用綠色，兩個(gè)選用黃色二極管。電池可選用3.6V60mAh的鎳鎘電池。蜂鳴器應(yīng)選用7.5V或9V小型的。8個(gè)按鈕可直接選用電視選臺(tái)用的8位自鎖開(kāi)關(guān) （須去掉彈簧，使之失去自鎖功能）。變壓器應(yīng)選用功率3W次級(jí)交流電壓是9V的。

　　LED驅(qū)動(dòng)照明電源電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)詳解

　　圖 1顯示了三種基本的電源拓?fù)涫纠Ｔ趫D1中，降壓穩(wěn)壓器會(huì)通過(guò)改變MOSFET的開(kāi)啟時(shí)間來(lái)控制電流進(jìn)入LED。電流感應(yīng)可通過(guò)測(cè)量電阻器兩端的電壓獲得，其中該電阻器應(yīng)與LED串聯(lián)。對(duì)該方法來(lái)說(shuō)，重要的設(shè)計(jì)難題是如何驅(qū)動(dòng) MOSFET。從性?xún)r(jià)比的角度來(lái)說(shuō)，推薦使用需要浮動(dòng)柵極驅(qū)動(dòng)的N通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）。這需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)變壓器或浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路（其可用于維持內(nèi)部電壓高于輸入電壓）。

　　圖1還顯示了備選的降壓穩(wěn)壓器。在此電路中，MOSFET對(duì)接地進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而大大降低了驅(qū)動(dòng)電路要求。該電路可選擇通過(guò)監(jiān)測(cè)FET電流或與LED串聯(lián)的電流感應(yīng)電阻來(lái)感應(yīng)LED電流。后者需要一個(gè)電平移位電路來(lái)獲得電源接地的信息，但這會(huì)使簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)復(fù)雜化。另外，圖1中還顯示了一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器可在輸出電壓總是大于輸入電壓時(shí)使用。由于MOSFET對(duì)接地進(jìn)行驅(qū)動(dòng)并且電流感應(yīng)電阻也采用接地參考，因此此類(lèi)拓?fù)湓O(shè)計(jì)起來(lái)就很容易。該電路的一個(gè)不足之處是在短路期間，通過(guò)電感器的電流會(huì)毫無(wú)限制。您可以通過(guò)保險(xiǎn)絲或電子斷路器的形式來(lái)增加故障保護(hù)。此外，某些更為復(fù)雜的拓?fù)湟部商峁┐祟?lèi)保護(hù)。

　　圖 2顯示了兩款降壓-升壓型電路，該電路可在輸入電壓和輸出電壓相比時(shí)高時(shí)低時(shí)使用。兩者具有相同的折衷特性（其中折衷可在有關(guān)電流感應(yīng)電阻和柵極驅(qū)動(dòng)位置的兩個(gè)降壓型拓?fù)渲酗@現(xiàn)）。圖2中的降壓-升壓型拓?fù)滹@示了一個(gè)接地參考的柵極驅(qū)動(dòng)。它需要一個(gè)電平移位的電流感應(yīng)信號(hào)，但是該反向降壓-升壓型電路具有一個(gè)接地參考的電流感應(yīng)和電平移位的柵極驅(qū)動(dòng)。如果控制IC與負(fù)輸出有關(guān)，并且電流感應(yīng)電阻和LED可交換，那么該反向降壓-升壓型電路就能以非常有用的方式進(jìn)行配置。適當(dāng)?shù)目刂艻C，就能直接測(cè)量輸出電流，并且MOSFET也可被直接驅(qū)動(dòng)

　　該降壓-升壓方法的一個(gè)缺陷是電流相當(dāng)高。例如，當(dāng)輸入和輸出電壓相同時(shí)，電感和電源開(kāi)關(guān)電流則為輸出電流的兩倍。這會(huì)對(duì)效率和功耗產(chǎn)生負(fù)面的影響。在許多情況下，圖3中的“降壓或升壓型”拓?fù)鋵⒕徍瓦@些問(wèn)題。在該電路中，降壓功率級(jí)之后是一個(gè)升壓。如果輸入電壓高于輸出電壓，則在升壓級(jí)剛好通電時(shí)，降壓級(jí)會(huì)進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。如果輸入電壓小于輸出電壓，則升壓級(jí)會(huì)進(jìn)行調(diào)節(jié)而降壓級(jí)則通電。通常要為升壓和降壓操作預(yù)留一些重疊，因此從一個(gè)模型轉(zhuǎn)到另一模型時(shí)就不存在靜帶。

　　當(dāng)輸入和輸出電壓幾乎相等時(shí)，該電路的好處是開(kāi)關(guān)和電感器電流也近乎等同于輸出電流。電感紋波電流也趨向于變小。即使該電路中有四個(gè)電源開(kāi)關(guān)，通常效率也會(huì)得到顯著的提高，在電池應(yīng)用中這一點(diǎn)至關(guān)重要。圖3中還顯示了SEPIC拓?fù)?，此?lèi)拓?fù)湟筝^少的FET，但需要更多的無(wú)源組件。其好處是簡(jiǎn)單的接地參考FET驅(qū)動(dòng)器和控制電路。此外，可將雙電感組合到單一的耦合電感中，從而節(jié)省空間和成本。但是像降壓-升壓拓?fù)湟粯樱哂斜取敖祲夯蛏龎骸焙兔}動(dòng)輸出電流更高的開(kāi)關(guān)電流，這就要求電容器可通過(guò)更大的RMS電流。

　　出于安全考慮，可能規(guī)定在離線(xiàn)電壓和輸出電壓之間使用隔離。在此應(yīng)用中，最具性?xún)r(jià)比的解決方案是反激式轉(zhuǎn)換器（請(qǐng)參見(jiàn)圖4）。它要求所有隔離拓?fù)涞慕M件數(shù)最少。變壓器匝比可設(shè)計(jì)為降壓、升壓或降壓-升壓輸出電壓，這樣就提供了極大的設(shè)計(jì)靈活性。但其缺點(diǎn)是電源變壓器通常為定制組件。此外，在FET以及輸入和輸出電容器中存在很高的組件應(yīng)力。在穩(wěn)定照明應(yīng)用中，可通過(guò)使用一個(gè)“慢速”反饋控制環(huán)路（可調(diào)節(jié)與輸入電壓同相的LED電流）來(lái)實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正 （PFC）功能。通過(guò)調(diào)節(jié)所需的平均LED電流以及與輸入電壓同相的輸入電流，即可獲得較高的功率因數(shù)。

　　調(diào)光技術(shù)

　　需要對(duì)LED進(jìn)行調(diào)光是一件很平常的事。例如，可能需要調(diào)節(jié)顯示屏或調(diào)節(jié)建筑燈的亮度。實(shí)現(xiàn)此操作的方式有兩種：即降低LED電流或快速打開(kāi)LED再關(guān)閉，然后使眼睛最終得到平衡。因?yàn)楣廨敵霾⒎峭耆c電流呈線(xiàn)性關(guān)系，因此降低電流的方法效率最低。此外，LED色譜通常會(huì)在電流低于額定值時(shí)發(fā)生改變。請(qǐng)記?。喝藢?duì)亮度的感知成指數(shù)倍增，因此調(diào)光就需要電流出現(xiàn)更大的百分比變動(dòng)。因?yàn)樵谌娏飨拢?%的調(diào)節(jié)誤差由于電路容差緣故可在10%的負(fù)載下放大成 30%甚至更大的誤差，因此這會(huì)對(duì)電路設(shè)計(jì)產(chǎn)生重大的影響。盡管存在響應(yīng)速度問(wèn)題，但通過(guò)脈寬調(diào)制（PWM）來(lái)調(diào)節(jié)電流仍更為精確。當(dāng)照明和顯示時(shí)，需要 100Hz以上的PWM才能使人眼不會(huì)察覺(jué)到閃爍。10%的脈沖寬度處于毫秒范圍內(nèi)，并且要求電源具有高于10kHz以上的帶寬。

　　如表2所示，在許多應(yīng)用中使用LED正變得日益普遍。它將會(huì)采用各種電源拓?fù)鋪?lái)為這些應(yīng)用提供支持。通常，輸入電壓、輸出電壓和隔離需求將規(guī)定正確的選擇。在輸入電壓與輸出電壓相比總是時(shí)高時(shí)低時(shí)，采用降壓或升壓可能是顯而易見(jiàn)的選擇。但是，當(dāng)輸入和輸出電壓的關(guān)系并非如此受抑制時(shí)，該選擇就變的更加困難，需要權(quán)衡許多因素，其中包括效率、成本和可靠性。