玩LED灯照明

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【第一部分 基础篇】

    小功率LED灯板种类繁多，随着LED价格尤其是1WLED灯珠价格的不断下降，这类小功率灯板逐渐淘汰，越发物美价廉，容易获得。很多爱好者都有不少这种板子。这类小板子价格便宜，应用灵活，最大优点是不需特别考虑散热问题（而大功率LED如1W灯珠应用的主要问题不是电路而是散热）。其缺点也是明显的：驱动麻烦，通用性差，一种板子一个样，需根据具体板子单独设计驱动。对于这类小功率灯板，一般通常考虑用电容降压（阻容降压）来驱动（主要因其工作电流相对大功率LED比较小的缘故），这牵涉到降压电容的选择，结果是一种板子一种设计，一个人一种设计，具体做起来很麻烦；还有用小型开关电源（非恒流源）来驱动的，但同样牵涉到输出电压、限流电阻的选择等等问题，实际实施起来也比较麻烦。这就造成了这类小功率LED灯板实用的困难，很多灯板闲置。

    由于这类小功率灯板不需特别散热，使用很方便，实际上还是有很大应用空间的，问题的关键在于解决驱动难的问题。本文我们采用大功率LED恒流源来实验驱动小功率LED多灯板，开辟一种新思路，以力图破解这一难题。

    这里的大功率LED恒流驱动源主要指1W的和3W的白光LED（注：在本文中，所说LED，无论功率大小，均指白光LED，下同）恒流驱动源，为了大家的方便，主要以长汀的恒流驱动源为例，比如长汀的A79B（标称1W×3∽4个恒流驱动源，实际上最多可驱动5个1W的LED灯珠）、A79C（标称1W×1个恒流驱动源，实际上最多可驱动2个1W的LED灯珠）、还有长汀的一种3W×1个恒流驱动源，这些恒流驱动源见下图所示：

（图片01：长汀的三种大功率恒流驱动源）

（图片02：长汀的3W恒流源参数特写）

（图片03：3W×1恒流源的内部图）

    今年十月末，长汀又出售了几款恒流源，下面是有代表性的两款1W恒流源。

（图片04：X7.C和X8.A）

（图片05：二者的内部电路对照）

    上述这些大功率恒流源，原本都是驱动大功率白光LED（1W或3W灯珠）专用的。在下文中，我们将以长汀最具代表性的两种1W恒流源A79B、A79C为例，进行各种灯板实验。

（图片06：用A79B驱动3个1W白光灯珠）

（图片07：点亮时，电流为320mA，每个LED上的压降为3.2V）

    这里所说的LED多灯板，之所以带个“多”字，一般指10灯以上的板子，其实10灯以下的板子通过适当组合也适合本方法，只是稍麻烦而已。

    另外这种驱动方法只适合多灯并联的且没有限流电阻的灯板，符合此条件的长汀几种常见的多灯并联板如图所示：

（图片08：长汀的几种小功率多灯并联板）

（图片09：长汀的11灯并联小灯条板）

    部分并联再串联或部分串联再并联的灯板中有一部分也适合本方法，如下面的这种30灯板（其有两种型号！）等等，这类灯板将在本文的第二部分“变通篇”中详细讨论。

（图片10：30灯板正面图）

    有限流电阻的板子一般属于定压供电方式，不适于这种驱动方式，如长汀的0.35元一块的十灯板和0.5W的五灯板等皆自带限流电阻。

（图片11：小功率的十灯板和0.5W的五灯板）

    这样的灯板原则上不适合本文方法，但这两种灯板LED都是并联的，“基础”较好，通过一定的变通改造，也适合本文方法，这个也将在本文的第二部分“变通篇”中再讨论。

 那么小功率并联多灯板为什么可以用大功率LED恒流源来驱动呢？其理论依据何在？

    我们先看看1W的大功率LED灯珠和额定电流为20mA的小功率草帽头LED或3528贴片LED的异同点（注意：这里所说的都是发白光的LED，下同）：

    相同点：二者实质皆为PN结，它们的管压降虽不尽完全相同，但相差很小，大体都是3V多一点；

    不同点：1W的LED灯珠额定电流为300mA左右，而草帽头LED或3528贴片LED额定电流仅为20mA左右。

    那么二者怎么样才能统一起来呢？

    设想15个上述小功率LED并联（每个电流为20mA）或者20个并联（每个电流为15mA），其总电流就将达到300mA左右，和1W的LED正常工作电流就基本一样了。我们把这15个LED并联组成的灯板或者20个LED并联组成的灯板看作一个整体，在把它接入电路时，就可以把它当作一个1W的LED来处理了（因为其两端压降和总电流都和1W的LED差不多，极为相似），这就是用大功率LED恒流驱动源驱动小功率LED并联多灯板的理论基础。

       15个小功率LED并联或20个小功率LED并联作为一个整体，和1W的LED电气参数极为相似，为了叙述方便，我们给它起个名字，叫做“1WLED单元”，或简称“1W单元”。在实际电路中，每个“1W单元”都可当作一个1W的LED灯珠来使用。

    每个“1W单元”中的小功率LED的个数并没有严格限制，但应遵循以下两点要求：1、为避免小功率LED过流早衰，每个小LED电流一般不应超过20mA，保守时选为15mA。即小功率LED个数不易过少；2、“1W单元”用于恒流驱动，总电流恒定不变(如1W驱动源为300mA左右，A79B和A79C恒流值均为320mA)，并联的小功率LED数目越多，其单个的亮度越小，为保证一定的正常亮度，并联的小功率LED数目不易过多。基于上述两点，每个“1W单元”中的小功率LED数目最少为15个，保守时最少20个为宜，实验显示30多个时亮度也不错。当然数目更多一些也可，除了亮度减小外并没有其他害处。

    下面就来实验用大功率恒流源驱动小功率并联多灯板。

    准备工作：

（图片12：装好导线接口的三种驱动源）

    首先举个实例来说明“1WLED单元”。2013.06.27长汀出售了货号为X5A的3528贴片LED16灯并联灯板，基于上述思想，把它看成一个整体，在其正常工作时，总电流约为20mA×16=320mA，压降为3V多一点，这就是一个现成的“1W单元”！在实际应用时，把它看成一个1W的LED就行了。

    以下我们可以这样来驱动它：一块这样的贴片LED灯板，可用一个A79C（标称可驱动1个，实际上可驱动2个1W的灯珠！）来驱动，灯板的红黑两根引线和恒流源驱动的两根输出线正负对应连接就行了，就这么简单！

（图片13：A79C驱动一块3528贴片16灯板）

（图片14，点亮时）

    如果是两块这样的贴片LED16灯并联板，也可用一个A79C来驱动，只是要先将这两块灯板串联起来，再接A79C就行了！经实验，两块串联，亮度也非常好，实测电流为310mA，每个灯板（1W单元）压降为3.1V，与1W灯珠基本一致。这个电路非常简洁，安全可靠，白光纯正稳定，应用于小台灯等很合适。

（图片15：A79C驱动两块3528贴片16灯板）

（图片16：点亮时）没有比这更简单的台灯电路了。

    两小块灯板加上一个小驱动，没有比这更简单的台灯电路了！

    而三块至五块这样的16灯贴片板，可先全部串联起来，改用A79B（标称可驱动3至4个1W的LED，实际试验可驱动5个1W的LED）来驱动，效果非常好。

  以上通过一个实例，说明了用大功率LED恒流源驱动小功率LED并联多灯板的基本方法。可明显看出这种驱动方法优点多多：思路清晰，整体思想，模块化操作，电路简洁，可靠性高，应用方便。由于恒流源的电压自适应性和恒流特性，极大提高了电路的稳定性，发光纯正稳定，没有丝毫闪烁感（而电容降压或称阻容降压驱动法有两个缺点：一是由于LED响应速度极快，为“瞬时”器件，在脉动直流下，在理论上是频闪发光的，当滤波电容不良或其他因素影响时，就会发出我们忍受不了的闪烁，就是不闪烁时，其发光品质也是不高的，远不及恒流驱动；二是当交流220V波动是，流过LED的电流也发生变化，发光强度不稳定，光源品质较低，且影响LED寿命），且220V交流电压适应性极好，比起其他驱动方法更宜使LED长寿。

    这种驱动方法的精髓在于事先确定（找到）“1WLED单元”，然后再将这些“1W单元”适当串联，最后再找合适的恒流源（1W×1或1W×3）按1W灯珠那样来驱动。

    这里要注意的是，“1W单元”可能是整个灯板（所前述的16灯3528贴片LED并联灯板），也可能是灯数较多的灯板的一部分（比如30灯的3528贴片LED并联多灯板，一块就可拆分为两个“1W单元”，但也可以不拆分，直接作为“1W单元”来使用，只是亮度稍低），或是灯数较少的并联灯板几个再并联的组合体，根据不同情况应用起来是非常灵活的，一定要活学活用才行。

    再举一个例子，长汀有一种11灯并联的LED灯条，把两条再并联起来（共22灯）就可组成一个“1W单元”。

（图片17：长汀的11灯并联灯条板，原为五个一组）

（图片18：由两个11灯板并联组成的“1W单元”）

    仿照前面的办法，如果只使用两条这种灯条，则将其先并联后用A79C来驱动即可；如果要使用四个灯条，可以先两两并联，组成2个“1W单元”，再串联起来，仍用A79C来驱动即可。而且这种驱动源才一元一个。依此类推，如果需要使用2n条，则可先两两串联组成n个“1W单元”，然后再根据“1W单元”的个数决定使用A79B或A79C的个数。如6个灯条到10个灯条都可以使用一个A79B就可以了，和前面的例子是一样的，可参照连接电路。

（图片19：用1W×1即A79C恒流源驱动两个11灯板构成的“1W单元”）

（图片20：点亮时）

（图片21：用1W×1即A79C恒流源驱动四个11灯板构成的两个串联“1W单元”）

（图片22：点亮时）

（图片23：用1W×3即A79B恒流源驱动十个11灯板构成的五个串联“1W单元”）

（图片24：三个“1W单元”点亮时）

（图片25：四个点亮时）

（图片26：五个单元全部点亮时）

 下面再举一个例子，长汀的X5B即30灯3528贴片LED并联灯板。由于是30灯并联，其正常工作电流约为600mA，它的驱动有两种方法：

    一是直接用长汀的3W×1恒流驱动源来驱动，这种恒流源性能详见图片02。其可驱动一个3W的LED灯珠，恒流值为600mA，与30灯板正好相配。

（图片27：长汀3W恒流源驱动30灯贴片板）

（图片28：点亮时）

    另一种方法是，将该30灯板分割为二，15个一组，组成两个“1W单元”，再串联，用A79C驱动。

    其实，如前所述，这个30贴片灯板也可不作任何改造，而直接作为“1W单元”来使用，只是每个贴片LED的亮度会减弱而已，实际也是很明亮的。

（图片29：A79C驱动一块30灯贴片板）

（图片30：点亮时）

（图片31：A79C驱动两块30灯贴片板）

（图片32：点亮时）

    同样，图片03中的36灯板也可不加任何改动，直接作为一个“天然”的“1W单元”来使用，亮度也很好。

（图片33：用A79C直接驱动一块36灯板）

（图片34：点亮时）

（图片35：用A79C驱动两块串联的36灯板）

再说一下图片03中的22（21）聚光灯板，实际为21个聚光灯并联，由于并联“出身正统”，也可直接作为“1W单元”使用，根据个数选择用A79C或A79B来驱动。

（图片37：21聚光灯板原板情况特写）

    但这个板上还有控制电路部分，白色聚光灯在电路上与其还有些“牵连”，使用前需小小改动一下，以“撇清”二者之间的联系，具体作法如下：

    先将图中箭头处的两个电阻靠边的一端都焊开，脱离，然后将这两个接线孔另用导线短路（即红圈内的两个焊点接通），再在该板上标有“+、—”处焊上正负极引线即完成改装工作。

（图片38：改装后并接好引线的21灯聚光板特写）

（图片39：用A79C驱动一片21聚光灯板）

（图片40：点亮时）

（图片41：用A79C驱动两片21聚光灯板，二者串联）

（图片42：点亮时）

    

一般认为，聚光灯珠不大适合做台灯用。但经实验，这款21聚光灯板在恒流源驱动下，发出的白光纯正明亮，照在工作面上特别均匀，最适合晚上干细活，是制作工作台灯（若用于学习看书，就太亮了）难得的好灯板，所需核心材料就是两块该灯板再加上一个A79C，若用三四块（需用A79B驱动）就更漂亮了，有兴趣的朋友不妨一试。

    通过上述实例可以看出，“1W单元”要求并不严格，而A79B和A79C简直就是万能驱动啊！

 由此可见，这种方法应用起来相当灵活，可根据现有灯板的特点和拥有的驱动源的种类，通过分分（大灯板分割，这里一般指电路分割）合合（多块灯板再并联），来组成多个“1W单元”，再适当串联，最后来选择恰当合适的驱动方法。

    我们的任务就是构造出一个个“1W单元”，然后像1W灯珠那样，用大功率恒流源来驱动这些“1W单元”。同样我们可以类似地构造出一个个“3W单元”，然后用3W恒流源来驱动。由于3W恒流源远不及1W的应用普遍和方便，所以“3W单元”就不详细介绍了，需用的时候自己构造就行了，思路都是一样的。

    在实际应用中，我们构造出的“1W单元”发出的光有可能不符合我们的要求，而且由于使用场合的不同，个人喜好的不同，都会对灯板的亮度提出不同的要求，或者要求更亮些，或者要求稍暗些。在恒流驱动下即总电流不变的情况下怎样调整“1W单元”的亮度呢？对！通过调整“1W单元”中的小功率LED的个数来调解总体亮度。具体做法是：想调亮一些就减少单元中的LED个数，想调暗一些就增加单元中的LED个数。减少LED数量比较好办，拆除部分LED或切断相应印板铜箔即可，可要增加如何做更简单呢？长汀的11灯并联小灯板是一种好材料，把它用在增加LED个数上可随意方便裁剪，可迅速接入电路调整亮度，并省去了烦琐的自制过程。

    通过实验，用大功率恒流源驱动长汀的几种小功率并联多灯板，一般情况下亮度都能满意，根本不需调整，需调整的情况极少。

    最后总结一下“1W单元”的特点：

       1、构成的单一性

    一般地，一个“1W单元”的内部必须由同一种小功率白光LED、同一种灯板构成，这是负载均衡性要求的。

       2、使用的多样性

    但“1W单元”一旦确定（构成），就可以像一个1W白光灯珠那样自由运用，比如不同灯板或不同种类LED（如聚光的、普通的、贴片的等等）构成的的“1W单元”可串联在一个驱动源下，一起工作，而相互之间没有任何影响。

       3、功率的恒定性

    在正常恒流源驱动下，“1W单元”的功率始终是1W，不变，与其内部并联的小LED数目无关。比如一个“1W单元”无论由20灯构成，或由200灯组成，其实际功率都是1W，恒定。

（图片42A：各种1W单元“同台竟技”）

（图片42B：点亮时，功率约五瓦）

    用大功率恒流源驱动小功率多灯板，似乎一切都变得简单了，能使我们从锁碎的工作中解脱出来，把主要精力放在提高小功率灯板的利用率上来，做到物尽其用，同时这种方法能使我们把握整体，总揽全局，站在更高处，掌握主动，从而玩得更轻松更愉悦。

    以上为基础篇，讨论的是无限流电阻纯并联的小功率LED多灯板的驱动情况。

【第二部分  变通篇】

    小功率多灯板是多种多样的，不只是前面说的无阻纯并联的，还有并联但带限流电阻的灯板；还有些灯板，虽没有限流电阻，但不是纯并联，有的先串联后并联，有的先并联后串联。这类灯板中有些不适合本方法，即不能用大功率恒流源来驱动，但其中也有不少灯板可以通过“变通”，仍可用本方法，即用大功率恒流源来驱动，这就是下面“变通篇”的主要内容。（待续）