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（一）可充電LED臺燈電路工作原理仿真分析和實際測試

1.1 可充電LED臺燈工作原理分析

LED臺燈電路如下圖所示，具體工作原理如下：

點亮過程——平常燈不亮?xí)rC1由+B(+B為鉛蓄電池正極)通過R1、R2、R3充電至+B，此時燈不亮為待機狀態(tài)；使用時當按下SW然后松開，C1的正極被短接到Q1的b極，而C1的負極連接Q1的e極，由于C1兩端電壓為+B且不能突變，故Q1因Ube1電壓足夠大進而很快進入飽和狀態(tài)，Q1飽和后其C極電位幾乎為0V，+B則通過R1、R2分壓加至Q4的b極，Ube4正偏，于是Q4也迅速飽和導(dǎo)通，使Q4的C極電位幾乎為+B，該電路產(chǎn)生兩個作用——（1）使穩(wěn)壓管ZD1(穩(wěn)壓值約為2.5V)反向擊穿、D3正向?qū)ǎ笫Ｓ嚯妷杭又罳1的b極，使Q1維持飽和，實現(xiàn)自保，（2）此+B電壓經(jīng)R6和R5分壓加至Q3的b極，使Q3也飽和導(dǎo)通，于是高亮度LED有電流流過而發(fā)光，電燈開始照明；Q1由于自保維持飽和導(dǎo)通．其C極電位幾乎為0V，則C1通過R3、Uce1放電而使其兩端電壓為0V。

圖1.1 可充電LED臺燈電路

關(guān)閉過程——如果在照明狀態(tài)下再按一下SW并松開，由于C1兩端電壓為0V，使Q1的b-e結(jié)電壓為0V而截止，Q1的c極因Q1截止變?yōu)?B電位，Q4的b極也因R1、R2分壓為+B電位，Q4的b-e結(jié)因0V偏置截止．Q4的c極失去+B電壓使Q3截止，3個LED無電流通過而熄滅(電燈被關(guān)閉)，此時C1又由+B通過R1、R2、R3充電，為下次動作準備就緒。

充電狀態(tài)——充電器的直流電源Vcc通過D1接入+B，為鉛蓄電池充電，同時Vcc通過D2加至Q4的b極，使Q4維持截止狀態(tài)，此時即使按下SW，Q1無論是導(dǎo)通或截止，Q4均截止，所以Q3也截止，3只LED無電流通過而不亮．以免影響充電。

鉛蓄電池充滿電——實測+B電壓為4.2V，為使Q1在使用時能夠維持飽和導(dǎo)通(能自保)，+B必須大于Uce4+Uzd1+UD3+Ube1=0.2+2.5+0.6+0．6=3.9V；當+B電壓在使用中下降至3.9V以下時，不足以使ZD1反向擊穿而使Q1無法實現(xiàn)自保，此時現(xiàn)象——按下SW后3個LED閃亮一下或維持幾分鐘后熄滅，可能誤認為燈壞損壞，實際此時應(yīng)該充電而并非故障。

由于+B只有4V，故該電路工作在低電壓情況下一般元件不易損壞，只有Q3以及R7、R8、R9工作時電流較大，維修時應(yīng)重點考慮Vcc為3.3V至4.2V。

1.2 開啟與關(guān)閉過程測試

開啟過程：開通過程仿真電路及其元器件表分別如下所示，電容C1的初始值IC=4，電容C2的初始值IC=0，Q1初始時處于關(guān)閉狀態(tài)。

圖1.2 開通過程仿真電路

表1.1 LED臺燈電路仿真元件表

開啟過程測試結(jié)果分析：5ms時U1閉合，20ms時U2斷開：利用U1和U2模擬開關(guān)SW接通和斷開過程；U1閉合時LED工作，但是U2斷開后不久LED停止工作，自保持功能消失；主要問題為R3電阻太大，Q1導(dǎo)通時R1兩端電壓不能維持Q4導(dǎo)通，從而Q3截止，LED停止工作。

圖1.3 開啟過程測試波形

藍色波形為Q1基極電壓波形、紅色為LED電流波形

關(guān)閉過程：電容C1的初始值IC=0，電容C2的初始值IC=1，Q4初始時處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而Q3初始時刻也正常工作，LED有電流流過。

圖1.4 關(guān)閉過程仿真電路

關(guān)閉過程測試結(jié)果分析：初始時刻LED導(dǎo)通，5ms時U1閉合，20ms時U2斷開：利用U1和U2模擬開關(guān)SW接通和斷開過程；U1閉合時LED已工作，但是U2斷開后不久LED停止工作，關(guān)閉功能正常；之所以U2斷開后LED還工作一段時間，主要由于電容C1的電壓從0V充電到電池電壓的過程中Q4導(dǎo)通一段時間，通過ZD1和D3使Q1繼續(xù)工作一段時間，直到C1電壓與電池電壓相同時Q4關(guān)斷，使得Q1停止工作。

圖1.5 關(guān)閉過程測試波形

藍色波形為Q1基極電壓波形、紅色為LED電流波形

原始資料分析：通過仿真可以看到，無論開通過程還是關(guān)斷過程，電路工作均不正常，而且原始資料似乎存在問題（通過R1、R2、R3充電至+B，通過R1、R2分壓加至Q4的b極），電容C1充電時并未通過R3，所以可以猜測電路中連線存在錯誤——利用仿真進行電路故障分析、定位、排除。

電路修改后開啟功能仿真分析：如下圖所示，R2與R3的連接點改變，此時電路與實際分析一致。

圖1.6 開啟過程仿真電路

開啟過程測試結(jié)果分析：開啟5ms時U1閉合，20ms時U2斷開；利用U1和U2模擬開關(guān)SW接通和斷開過程；U1閉合時LED工作，U2斷開后LED繼續(xù)工作，自保持功能實現(xiàn)。

圖1.7LED電流波形

電路修改后關(guān)閉功能仿真分析：關(guān)閉過程測試電路與波形分別如下圖所示，5ms時U1閉合，20ms時U2斷開；利用U1和U2模擬開關(guān)SW接通和斷開的過程；U1閉合時LED關(guān)斷，U2斷開后LED繼續(xù)關(guān)斷，實現(xiàn)LED關(guān)閉功能。

圖1.8 關(guān)閉過程仿真電路

圖1.9關(guān)閉過程LED電流波形

電池電壓變化時電路工作狀態(tài)分析：測試電路與波形分別如下圖所示5ms時U1閉合，LED正常工作；在20ms時電池電壓開始線性下降，當電池電壓下降到約3.9V時LED關(guān)斷，即電池電壓過低時能夠自動關(guān)斷，實現(xiàn)對電池過放的保護。

圖1.10 電池電壓變化仿真電路

圖1.11 上面紅色為LED電流波形、下圖藍色為電池電壓波形

僅充電功能測試：電池由電容代替，容量為1法、初始值為4V；充電電源由恒流源代替，電流500mA。

圖1.12 充電電路仿真分析

充電時LED不能正常工作，測試波形如下圖所示，只能處于關(guān)閉狀態(tài)，主要由二極管D2實現(xiàn)對Q4的限制，使其不能導(dǎo)通。

圖1.13 上圖紅色為LED電流波形、下圖藍色為電池電壓波形

充電功能和LED同時工作：電池由電容代替，容量為1F、初始值為4V；充電電源由恒流源代替，電流1A。

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