LED燈具智能驅動系統(tǒng)設計

LED照明是全球節(jié)能的主流，而大功率LED 照明更是今后世界的照明發(fā)光系統(tǒng)的主流趨勢。大功率LED具有亮度高、節(jié)能環(huán)保、安全性和穩(wěn)定性高等特點，比傳統(tǒng)光源節(jié)電60% ~ 70%.

傳統(tǒng)的聲光控延時控制器能很好地實現(xiàn)對燈的控制，在光線黑暗時或晚上來臨時，能有效地實現(xiàn)“人來燈亮，人去燈熄” ， 但由于其開關用的是繼電器之類的機械控制器，所以在人流量多的地方由于頻繁的開關，較容易損壞。

根據(jù)市場上的現(xiàn)有的大功率LED射燈產品，設計了可應用于走廊、樓梯、教室等場所的智能照明系統(tǒng)。

該系統(tǒng)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)?？刂破鞑捎肁T89C2051，恒流驅動采用PT4115芯片。燈的亮滅及亮度通過調光方式實現(xiàn)和改變。

PT4115芯片的DIM 端可用PWM 調光實現(xiàn)輸出電流從0到100%調整，根據(jù)此特點，設計了集聲控、光控、時控于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，控制器先判斷時間段，若是在天色完全暗下來時(定義為第一時間段)，則使LED 發(fā)出100% 亮度。其余時間段即天色還較亮，控制器可輸出50% 占空比方波，使LED 發(fā)出50% 亮度即可，這樣可進一步節(jié)省電能，提高用電效率。

1 基于PT4115的恒流驅動

1. 1 PT4115芯片介紹

PT4115 是一款連續(xù)電感電流導通模式的降壓恒流源，用于驅動一顆或多顆串聯(lián)LED.PT4115 輸入電壓范圍為6 V ~ 30 V， 輸出電流可調，最大可達1. 2A.根據(jù)不同的輸入電壓和外部器件，PT4115 可以驅動高達數(shù)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，并通過D IM 引腳可以接受模擬調光和很寬范圍的PWM 調光。當D IM的電壓低于0. 3 V 時，功率開關關斷，PT4115進入極低工作電流的待機狀態(tài)。

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。

2 基于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涌電流和尖峰電壓及脈沖頂部振蕩，使損耗增加，嚴重時會造成開關管損壞。同時，輸出繞組匝數(shù)多，層數(shù)多時，應考慮分布電容的影響，降低分布電容有利于抑制高頻信號對負載的干擾。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(jù)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干擾。L2為共模抑制器，可以濾除共模干擾，C 1 為輸入濾波電容。R 11使用2MΩ的電阻值實現(xiàn)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范圍為100~ 450 V，一旦超出了該電壓范圍，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于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(tài)的磁芯飽和。VR1即瞬電壓抑制管，型號是P6KE200， 電容C 11與之并聯(lián)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，取樣后與TL431的內部基準電壓進行比較，產生誤差電壓，再通過PC817A 光耦反饋到控制引腳C， 進而改變TOP249Y 的輸出占空比，從而穩(wěn)定輸出電壓。

3 基于AT89C2051的智能控制器

基于AT89C2051的智能控制器電路如圖4所示，其主要由傳感器單元、A D 轉換單元、控制器單元組成。AT89C2051芯片用于對來自聲控和光控傳感器檢測到的信號經過整形以后的信號數(shù)據(jù)做處理，進而控制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制。軟件流程圖如圖5所示。

4 小結

筆者所設計的LED射燈智能驅動系統(tǒng)，能有效地監(jiān)控、檢測周圍環(huán)境的變化，及時關閉、開啟燈源以及調光。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的聲光控延時開關照明系統(tǒng)相比，不僅能大量節(jié)省電能，而且其特有的調光模塊使用電效率大大提高。該系統(tǒng)在工程上有較好的應用前景。