TOP5 采用LM836的LED數碼管驅動電路原理分析

　　如下圖所示為數碼顯示日歷時鐘電路。它能同時顯示月、日、時、分、秒和星期，月、日、星期自動轉換，每天可定鬧2次，有59min以內的睡眠定時功能。該日歷時鐘走時準確，調校方便，夜間看時清楚，制作容易。

　　工作原理：

　　該電路的核心IC1是一片PMOS大規模集成電路LM8364。4腳為12/24小時制選擇端，高電平為24小時制。6腳懸空時應從7腳輸入60Hz時基信號，接高電平時應從7腳輸入50Hz時基信號。5、8、9、10、11、12、14、16、18腳分別接高電平時，可實現其相應的功能。當鬧或睡眠定時信號到來時，17腳、42腳或15腳輸出的是可持續59min的高電平信號，控制VT4，再由VT4控制蜂鳴器。當然VT4也可控制其他電路（如繼電器，收音機）。2、3、20～41腳可直接驅動LED數碼管作顯示。這些引腳除了能輸出“時分”信號外，還能輸出“月日”和“秒”信號，這些引腳是公用的。把 5腳和10腳同時接高電平，將在“時分”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十進制計數/分配器集成電路CD4017，就是為IC1的5腳、10腳適時提供高電平的，這樣IC1就快速反復地輸出月日、時分、秒信號。IC2 還控制著VTl～VT3，使數碼管顯示某一內容時其他內容不顯示。由于人眼的視覺暫留現象，將觀察不到數碼管的閃爍，看到的是月日時分秒同時顯示。IC2 還起到調校選擇的作用。按下AN1，顯示內容將被鎖定（隨機性的），顯示內容就是當前可調校的內容。反復按下AN1，可選擇需要調校的內容。IC3是一片 CMOS14位二進制串行計數分頻和振蕩集成電路CD4060，以它為核心構成時基信號發生電路，分別給IC1和IC2提供60Hz和240Hz的時基信號。該電路決定時鐘走時精度，可微調C2，使日誤差在0.3s之內。若要進一步提高走時精度，應穩定IC3的工作電壓；或采用其他50Hz或60Hz時基信號發生電路，使用諧振頻率更高的晶振。

　　以IC4的CD4017為核心構成星期顯示電路。IC4的時基信號（天）由IC1的42腳（鬧 2）提供，它的復位端（15端）接第7個輸出端（6腳），這樣當IC1的42腳輸出高電平時，IC4的輸出端3、2、4、7、10、1、5腳依次變為高電平，直接驅動發光二極管顯示星期。在該電路中，星期天的顯示沒有用3腳的高電平，而是由電源經電阻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確。由于IC1的鬧2時間往往不設置在零點，所以星期的轉換可能會滯后幾小時，但對使用沒有大的影響。若每天需定鬧 2次，須將鬧2設置在鬧1之前；若每天只需定鬧1次，那么正好把鬧2設置在零點，斷開R10，用鬧2來根供準確的顯示星期用時基信號，只用鬧1來實現定鬧功能。

　　當交流供電中斷時，由電池繼續給IC1、IC3、IC4供電，定時、計時功能保持，但IC2停止工作，VT1、VT2、VT3截止，LED顯示部分不亮，這樣可以延長電池供電時間。在用交流供電時，可通過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，放大倍數大些為好。顯示用的10個LED數碼管和9個發光二極管應選用高亮或超高亮度型的，數碼管選用共陰極型的。顏色及尺寸大小可根據自已的愛好選用。例如：顯示日期用綠色0.8英寸數碼管，顯示時間用0.8英寸紅色數碼管，顯示秒用0.56英寸紅色數碼管，發光二極管中心一個選用紅色，環形6個選用綠色，兩個選用黃色二極管。電池可選用3.6V60mAh的鎳鎘電池。蜂鳴器應選用7.5V或9V小型的。8個按鈕可直接選用電視選臺用的8位自鎖開關 （須去掉彈簧，使之失去自鎖功能）。變壓器應選用功率3W次級交流電壓是9V的。

　　LED驅動照明電源電路拓撲結構設計詳解

　　圖 1顯示了三種基本的電源拓撲示例。在圖1中，降壓穩壓器會通過改變MOSFET的開啟時間來控制電流進入LED。電流感應可通過測量電阻器兩端的電壓獲得，其中該電阻器應與LED串聯。對該方法來說，重要的設計難題是如何驅動 MOSFET。從性價比的角度來說，推薦使用需要浮動柵極驅動的N通道場效應晶體管（FET）。這需要一個驅動變壓器或浮動驅動電路（其可用于維持內部電壓高于輸入電壓）。

　　圖1還顯示了備選的降壓穩壓器。在此電路中，MOSFET對接地進行驅動，從而大大降低了驅動電路要求。該電路可選擇通過監測FET電流或與LED串聯的電流感應電阻來感應LED電流。后者需要一個電平移位電路來獲得電源接地的信息，但這會使簡單的設計復雜化。另外，圖1中還顯示了一個升壓轉換器，該轉換器可在輸出電壓總是大于輸入電壓時使用。由于MOSFET對接地進行驅動并且電流感應電阻也采用接地參考，因此此類拓撲設計起來就很容易。該電路的一個不足之處是在短路期間，通過電感器的電流會毫無限制。您可以通過保險絲或電子斷路器的形式來增加故障保護。此外，某些更為復雜的拓撲也可提供此類保護。

　　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高時低時使用。兩者具有相同的折衷特性（其中折衷可在有關電流感應電阻和柵極驅動位置的兩個降壓型拓撲中顯現）。圖2中的降壓-升壓型拓撲顯示了一個接地參考的柵極驅動。它需要一個電平移位的電流感應信號，但是該反向降壓-升壓型電路具有一個接地參考的電流感應和電平移位的柵極驅動。如果控制IC與負輸出有關，并且電流感應電阻和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行配置。適當的控制IC，就能直接測量輸出電流，并且MOSFET也可被直接驅動

　　該降壓-升壓方法的一個缺陷是電流相當高。例如，當輸入和輸出電壓相同時，電感和電源開關電流則為輸出電流的兩倍。這會對效率和功耗產生負面的影響。在許多情況下，圖3中的“降壓或升壓型”拓撲將緩和這些問題。在該電路中，降壓功率級之后是一個升壓。如果輸入電壓高于輸出電壓，則在升壓級剛好通電時，降壓級會進行電壓調節。如果輸入電壓小于輸出電壓，則升壓級會進行調節而降壓級則通電。通常要為升壓和降壓操作預留一些重疊，因此從一個模型轉到另一模型時就不存在靜帶。

　　當輸入和輸出電壓幾乎相等時，該電路的好處是開關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電源開關，通常效率也會得到顯著的提高，在電池應用中這一點至關重要。圖3中還顯示了SEPIC拓撲，此類拓撲要求較少的FET，但需要更多的無源組件。其好處是簡單的接地參考FET驅動器和控制電路。此外，可將雙電感組合到單一的耦合電感中，從而節省空間和成本。但是像降壓-升壓拓撲一樣，它具有比“降壓或升壓”和脈動輸出電流更高的開關電流，這就要求電容器可通過更大的RMS電流。

　　出于安全考慮，可能規定在離線電壓和輸出電壓之間使用隔離。在此應用中，最具性價比的解決方案是反激式轉換器（請參見圖4）。它要求所有隔離拓撲的組件數最少。變壓器匝比可設計為降壓、升壓或降壓-升壓輸出電壓，這樣就提供了極大的設計靈活性。但其缺點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力。在穩定照明應用中，可通過使用一個“慢速”反饋控制環路（可調節與輸入電壓同相的LED電流）來實現功率因數校正 （PFC）功能。通過調節所需的平均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。

　　調光技術

　　需要對LED進行調光是一件很平常的事。例如，可能需要調節顯示屏或調節建筑燈的亮度。實現此操作的方式有兩種：即降低LED電流或快速打開LED再關閉，然后使眼睛最終得到平衡。因為光輸出并非完全與電流呈線性關系，因此降低電流的方法效率最低。此外，LED色譜通常會在電流低于額定值時發生改變。請記住：人對亮度的感知成指數倍增，因此調光就需要電流出現更大的百分比變動。因為在全電流下，3%的調節誤差由于電路容差緣故可在10%的負載下放大成 30%甚至更大的誤差，因此這會對電路設計產生重大的影響。盡管存在響應速度問題，但通過脈寬調制（PWM）來調節電流仍更為精確。當照明和顯示時，需要 100Hz以上的PWM才能使人眼不會察覺到閃爍。10%的脈沖寬度處于毫秒范圍內，并且要求電源具有高于10kHz以上的帶寬。

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