LED燈具智能驅動係統設計

　　LED 是一種新型半導體固態光源 ，具有低功耗 、長壽命及環保的顯著優點 。采用PT4115來做LED恒流驅動 ，設計了具有智能調光控製的LED射燈驅動係統 。根據PT4115的輸入電壓範圍 ，設計了基於TOP249Y 的電源適配器 。結果表明 ，該係統能有效地實現對燈的智能控製 ，並提高用電效率 ，節省電能 。

　　0 引言

　　LED照明是全球節能的主流 ，而大功率LED 照明更是今後世界的照明發光係統的主流趨勢 。大功率LED具有亮度高 、節能環保 、安全性和穩定性高等特點 ，比傳統光源節電60% ~ 70%.

　　傳統的聲光控延時控製器能很好地實現對燈的控製 ，在光線黑暗時或晚上來臨時 ，能有效地實現"人來燈亮 ，人去燈熄" , 但由於其開關用的是繼電器之類的機械控製器 ，所以在人流量多的地方由於頻繁的開關 ，較容易損壞 。

　　根據市場上的現有的大功率LED射燈產品，設計了可應用於走廊、樓梯 、教室等場所的智能照明係統 。

　　該係統采用24 V /3 A 開關電源供電 ，下級可分布多路LED智能照明模塊(見圖1) 。控製器采用AT89C2051,恒流驅動采用PT4115芯片 。燈的亮滅及亮度通過調光方式實現和改變 。

　　PT4115芯片的DIM 端可用PWM 調光實現輸出電流從0到100%調整 ，根據此特點 ，設計了集聲控 、光控 、時控於一體的智能調光模塊 。其功能有 ：

　　(1) 當有光(自然光) 時 ，不管有沒有聲響 ，燈不亮 。

　　(2)當無光(自然光)時 ，若有人經過產生聲響 ，控製器先判斷時間段 ，若是在天色完全暗下來時(定義為第一時間段)，則使LED 發出100% 亮度 。其餘時間段即天色還較亮 ，控製器可輸出50% 占空比方波 ，使LED 發出50% 亮度即可，這樣可進一步節省電能 ，提高用電效率 。

　　圖1 LED智能驅動係統框圖

　　1 基於PT4115的恒流驅動

　　1. 1 PT4115芯片介紹

　　PT4115 是一款連續電感電流導通模式的降壓恒流源 ，用於驅動一顆或多顆串聯LED.PT4115 輸入電壓範圍為6 V ~ 30 V, 輸出電流可調 ，最大可達1. 2A.根據不同的輸入電壓和外部器件 ，PT4115 可以驅動高達數十瓦的LED.PT4115 內置功率開關 ，采用高端電流采樣設置LED 平均電流 ，並通過D IM 引腳可以接受模擬調光和很寬範圍的PWM 調光 。當D IM的電壓低於0. 3 V 時 ，功率開關關斷 ，PT4115進入極低工作電流的待機狀態 。

　　1. 2 LED射燈驅動電路

　　V IN 上電時 ，電感( L ) 和電流采樣電阻( RS )的初始電流為零 ，LED 輸出電流也為零(見圖2 ) 。這時候 ，內部功率開關導通 ，SW 的電位為低 。電流通過電感(L ) 、電流采樣電阻( RS ) 、LED 和內部功率開關從V IN 流到地 ，電流上升的斜率由V IN 、電感(L ) 和LED 壓降決定 ，在RS 上產生一個壓差VCSN, 當(V IN-VCSN ) > 115 mV 時 ，內部功率開關關斷 ，電流以另一個斜率流過電感( L ) 、電流采樣電阻(R S ) 、LED和肖特基二極管( D ); 當( V IN-VCSN ) < 85mV時 ，功率開關重新打開 ，這樣使得在LED 上的平均電流為IOUT = ( 0. 085+ 0. 015) /2 ?RS = 0. 1 /R S.如果不使用調光功能 ，可使DIM 引腳懸空 ，這時可輸出設定的最大電流 。

　　圖2 LED射燈驅動電路

　　2 基於Top249Y的72W 開關電源適配器設計

　　2. 1 變壓器設計

　　高頻變壓器設計應注意 ： 1)在高頻變壓器設計中 ，在最大輸出功率時 ，磁芯中的磁感應強度不應達到飽和，以免在大信號時產生失真 。2) 在瞬變過程中 ，高頻鏈漏感和分布電容會引起浪湧電流和尖峰電壓及脈衝頂部振蕩 ，使損耗增加 ，嚴重時會造成開關管損壞 。同時 ，輸出繞組匝數多，層數多時 ，應考慮分布電容的影響 ，降低分布電容有利於抑製高頻信號對負載的幹擾 。對同一高頻變壓器同時減少分布電容和漏感是困難的 ，應根據不同的工作要求 ，保證合適的電容和電感 。

　　2. 2 開關電源電路

　　圖3中C 6為X 型電容 ，濾除電網之間的串模幹擾 。L2為共模抑製器 ，可以濾除共模幹擾 ，C 1 為輸入濾波電容 。R 11使用2MΩ的電阻值實現欠壓和過壓檢測 ，同時提供降低輸出電壓頻率紋波的電壓前饋 。

　　TOP249Y 在本電路中的直流電壓範圍為100~ 450 V,一旦超出了該電壓範圍 ，TOP249Y 將自動關閉 。電阻R 10使用20. 5 K 電阻值從外部將流限值設定為僅略高於低電壓工作時的滿載峰值電流 ，從而允許使用更小的變壓器磁芯 ，同時避免啟動和輸出負載瞬態的磁芯飽和 。VR1即瞬電壓抑製管 ，型號是P6KE200, 電容C 11與之並聯以降低齊納箝位的損耗 。D1為阻斷二極管型號可選UF4006.目標鉗位電壓平均值約為180 V.R 4, R 5, R 6為輸出電壓的取樣電阻 ，取樣後與TL431的內部基準電壓進行比較 ，產生誤差電壓 ，再通過PC817A 光耦反饋到控製引腳C, 進而改變TOP249Y 的輸出占空比 ，從而穩定輸出電壓 。

　　圖3 72W 開關電源適配器

　　3 基於AT89C2051的智能控製器

　　基於AT89C2051的智能控製器電路如圖4所示 ，其主要由傳感器單元 、A \D 轉換單元 、控製器單元組成 。AT89C2051芯片用於對來自聲控和光控傳感器檢測到的信號經過整形以後的信號數據做處理 ，進而控製LED 驅動器 。該電路中AT89C2051 的p3. 0 和p3. 1端口用作輸入信號檢測 ，剩下的13 個端口可選擇輸出控製 。軟件流程圖如圖5所示 。

　　圖4 智能控製器電路圖

　　圖5軟件流程圖

　　4 小結

　　筆者所設計的LED射燈智能驅動係統 ，能有效地監控 、檢測周圍環境的變化 ，及時關閉 、開啟燈源以及調光 。該係統與傳統的聲光控延時開關照明係統相比 ，不僅能大量節省電能 ，而且其特有的調光模塊使用電效率大大提高 。該係統在工程上有較好的應用前景。