LED燈具智能驅動(dòng)系統設計

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

傳統的聲光控延時(shí)控制器能很好地實(shí)現對燈的控制，在光線(xiàn)黑暗時(shí)或晚上來(lái)臨時(shí)，能有效地實(shí)現“人來(lái)燈亮，人去燈熄” ， 但由于其開(kāi)關(guān)用的是繼電器之類(lèi)的機械控制器，所以在人流量多的地方由于頻繁的開(kāi)關(guān)，較容易損壞。

根據市場(chǎng)上的現有的大功率LED射燈產(chǎn)品，設計了可應用于走廊、樓梯、教室等場(chǎng)所的智能照明系統。

該系統采用24 V /3 A 開(kāi)關(guān)電源供電，下級可分布多路LED智能照明模塊(見(jiàn)圖1)?？刂破鞑捎肁T89C2051，恒流驅動(dòng)采用PT4115芯片。燈的亮滅及亮度通過(guò)調光方式實(shí)現和改變。

PT4115芯片的DIM 端可用PWM 調光實(shí)現輸出電流從0到100%調整，根據此特點(diǎn)，設計了集聲控、光控、時(shí)控于一體的智能調光模塊。其功能有：

(1) 當有光(自然光) 時(shí)，不管有沒(méi)有聲響，燈不亮。

(2)當無(wú)光(自然光)時(shí)，若有人經(jīng)過(guò)產(chǎn)生聲響，控制器先判斷時(shí)間段，若是在天色完全暗下來(lái)時(shí)(定義為第一時(shí)間段)，則使LED 發(fā)出100% 亮度。其余時(shí)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(jìn)一步節省電能，提高用電效率。

1 基于PT4115的恒流驅動(dòng)

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，用于驅動(dòng)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.根據不同的輸入電壓和外部器件，PT4115 可以驅動(dòng)高達數十瓦的LED.PT4115 內置功率開(kāi)關(guān)，采用高端電流采樣設置LED 平均電流，并通過(guò)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(shí)，功率開(kāi)關(guān)關(guān)斷，PT4115進(jìn)入極低工作電流的待機狀態(tài)。

1. 2 LED射燈驅動(dòng)電路

V IN 上電時(shí)，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(jiàn)圖2 )。這時(shí)候，內部功率開(kāi)關(guān)導通，SW 的電位為低。電流通過(guò)電感(L )、電流采樣電阻( RS )、LED 和內部功率開(kāi)關(guān)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(chǎn)生一個(gè)壓差VCSN， 當(V IN-VCSN ) 》 115 mV 時(shí)，內部功率開(kāi)關(guān)關(guān)斷，電流以另一個(gè)斜率流過(guò)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(shí)，功率開(kāi)關(guān)重新打開(kāi)，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(shí)可輸出設定的最大電流。

2 基于Top249Y的72W 開(kāi)關(guān)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(shí)，磁芯中的磁感應強度不應達到飽和，以免在大信號時(shí)產(chǎn)生失真。2) 在瞬變過(guò)程中，高頻鏈漏感和分布電容會(huì )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(shí)會(huì )造成開(kāi)關(guān)管損壞。同時(shí)，輸出繞組匝數多，層數多時(shí)，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(shí)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(kāi)關(guān)電源電路

圖3中C 6為X 型電容，濾除電網(wǎng)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(shí)現欠壓和過(guò)壓檢測，同時(shí)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(dòng)關(guān)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(shí)的滿(mǎn)載峰值電流，從而允許使用更小的變壓器磁芯，同時(shí)避免啟動(dòng)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(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，再通過(guò)PC817A 光耦反饋到控制引腳C， 進(jìn)而改變TOP249Y 的輸出占空比，從而穩定輸出電壓。

3 基于A(yíng)T89C2051的智能控制器

基于A(yíng)T89C2051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(lái)自聲控和光控傳感器檢測到的信號經(jīng)過(guò)整形以后的信號數據做處理，進(jìn)而控制LED 驅動(dòng)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(gè)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(dòng)系統，能有效地監控、檢測周?chē)h(huán)境的變化，及時(shí)關(guān)閉、開(kāi)啟燈源以及調光。該系統與傳統的聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)照明系統相比，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。該系統在工程上有較好的應用前景。