基于NUD4001的LED应急灯设计方案

本节介绍的应急灯平时接通市电，处于充足电备用状态，当市电突然停电且周围环境光线突然由强变弱时，它能智能判断出这是由于断电引起的黑暗，而及时点亮应急灯。经过10min后自动关闭，这时人员一般已经撤离到安全地点，无须再提供照明，关闭应急灯还可以防止过度放电损坏铅酸蓄电池。下面介绍一款基于NUD4001的大电流LED驱动应急灯电路。

NUD4001芯片采用8引脚SO封装，引脚排列及其在应用时的外部元件连接图如图6-8所示。NUD4001芯片的核心是一个线性电流源主要由控制电路和驱动器组成。NUD4001的引脚1为DC电压输入，引脚5～8为输出端引脚1与引脚3之间的电阻R，用做设置输出电流电平。NUD4001的DC输入电压范围为6～30V，自身电压降仅为1.4V，输出电流为350mA（允许设置到500mA），驱动器芯片驱动3只串联的白光LED每只LED的正向电流IF=350mA，正向压降VF=3.5V。驱动器的输入电压为由汽车电池提供的12V，驱动器IC的电流调节由低功率感测电阻R1上的恒定电压降（0.7V）实现。NUD4001的效率非常高，在恒定温度下，当输入电压变化±15%时，输出电流变化量小于1%。

图6-8　NUD4001外部元件连接电路

NUD4001除了具有电流调节功能外，还可以为调光应用提供PWM功能，电路如图6-9所示。小信号晶体管连接在NUD4001的引脚4和地之间，当晶体管Q1基极上的PWM信号为低电平时，Q1截止，IC1的引脚4通过电阻R2上拉到引脚1。供给LED的平均电流直接取决于PWM占空比D，而LED的平均电流决定LED的亮度。当占空比为100%时，LED电流被设定在350mA。在LED调光应用中，PWM电路的频率范围应当设置在100Hz～1kHz，NUD4001并非只能驱动白色LED，它同样可以驱动彩色LED，安森美公司同时还推出了NUD4011低电流高压LED驱动IC，其输入电压高达200V，输出电流可以设置到100mA。对于120V的输入，NUD4011可以驱动电流为30mA的30个LED串。

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图6-9　NUD4001调光电路

全自动应急灯驱动电路结构图如图6-10所示。工作原理如下：全自动应急灯电路由蓄电池恒压限流浮充回路和光控延时回路两部分组成。交流电压通过变压器降压，整流滤波后得到18V的直流电压，由D2、R4、12V/1.2Ah的铅酸蓄电池和LM317组成恒压、限流浮充电不间断电源，可以确保蓄电池随时处于充足电状态，12V铅酸蓄电池的浮充电压为14.4V。LM317接成恒压源，W为精密多圈可调电位器，通过调整W可以使输出端A点输出稳定的15.1V直流电压。电阻R4可以限制充电电流大小，D2可以防止市电停电后蓄电池反向放电。R2、C1、D1、F1组成交流电压检测电路。当交流电压正常时，B点经过分压后电压为8V左右，经过F1反相后输出低电平；当交流电压停电时，因为有D1隔离，所以B点电压迅速跌至0V，经F1反相后输出高电平。

图6-10　全自动多功能应急灯电路图

CD4011BP是COMS型四“与非”门集成电路。“与非”门工作的逻辑关系是：只有两个输入端都输入高电平时，输出端才输出低电平；只要其中一个输入端输入低电平时，就输出高电平。如果将两个输入端并联成一个输入端，那么这个“与非”门等效成个“非门”。门电路输入特性为：输入电压小于40%电源电压时，输入为低电平；输入电压大于60%电源电压时，输入为高电平。输出高电平时，输出电压接近正电源电压：输出低电平时，输出电压接近0V。图中两个“与非”门F3、F4和C5、R6组成单稳态延时电路，延时时间由C5和R6的数值决定，按照图中的数值延时时间在10min左右，当延时电路进入延时单稳态时F4输出低电平，使三极管导通，灯泡点亮。单稳延时电路的工作条件是F2输出低电平。要使F2输出低电平，则F2的两个输入端必须都输入高电平。其中，一个输入端用来监视交流电压，只有停电时才会输出高电平另一个输入端是光控检测端。

光控检测电路由R3、GR、C4和R5组成，用来检测周围环境光线的变化情况，当周围光线逐渐由强变弱（从白天到夜晚）或者由弱变强（从夜晚到白天）时光敏电阻GR的阻值发生缓慢变化，使其两端的电压也随之缓慢变化，由于微分电容C1的隔离使R5两端电压为0V，延时电路没有被触发输出高电平驱动三极管不工作应急灯不亮；当周围光线突然由弱变强时（晚上开灯照明）GR的阻值由大突变小在GR两端产生一个负跳变电压，通过C4、R5使R5两端电压仍为0V应急灯同样不亮只有当周围光线突然由强变弱时（停电造成电灯熄灭）GR的阻值由小突变大在GR两端形成一个正跳变电压，通过微分电路C4、R5使R5两端产生一个正脉冲如果这时是交流电压消失，F2的另一个输入端也是高电平，那么F2输出低电平触发单稳延时电路工作，延时电路进入延时的时候，F4输出低电平Q导通，灯泡点亮经过10min左右单稳延时电路退出单稳状态，输出高电平，Q截止，灯泡熄灭。S是功能切换开关有三个位置置于中间位置是强制断开，置于左侧位置是自动，置于右侧是手动接通可以根据需要灵活切换S的位置。正常使用时可以将全自动应急灯接通交流电源将置于自动位置用途：该应急灯即可以安装在长年没有自然光照的场所，也可安装在白天具有充足光照晚上需要应急照明的地方。尤其适合在晚上7～9时用电高峰期间经常拉闸限电的农村使用。