解析LED射燈智能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

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(shì)。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(diǎn)，比傳統(tǒng)光源節(jié)電60% ~ 70%.

傳統(tǒng)的聲光控延時(shí)控制器能很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)燈的控制，在光線黑暗時(shí)或晚上來(lái)臨時(shí)，能有效地實(shí)現(xiàn)“人來(lái)燈亮，人去燈熄” ， 但由于其開(kāi)關(guān)用的是繼電器之類的機(jī)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(jù)市場(chǎng)上的現(xiàn)有的大功率LED射燈產(chǎn)品，設(shè)計(jì)了可應(yīng)用于走廊、樓梯、教室等場(chǎng)所的智能照明系統(tǒng)。

該系統(tǒng)采用24 V /3 A 開(kāi)關(guān)電源供電，下級(jí)可分布多路LED智能照明模塊(見(jiàn)圖1)。

控制器采用AT89C2051，恒流驅(qū)動(dòng)采用PT4115芯片。燈的亮滅及亮度通過(guò)調(diào)光方式實(shí)現(xiàn)和改變。

PT4115芯片的DIM 端可用PWM 調(diào)光實(shí)現(xiàn)輸出電流從0到100%調(diào)整，根據(jù)此特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了集聲控、光控、時(shí)控于一體的智能調(diào)光模塊。其功能有：

(1) 當(dāng)有光(自然光) 時(shí)，不管有沒(méi)有聲響，燈不亮。

(2)當(dāng)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(jié)省電能，提高用電效率。

1 基于PT4115的恒流驅(qū)動(dòng)

1. 1 PT4115芯片介紹

PT4115 是一款連續(xù)電感電流導(dǎo)通模式的降壓恒流源，用于驅(qū)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(diào)，最大可達(dá)1. 2A.根據(jù)不同的輸入電壓和外部器件，PT4115 可以驅(qū)動(dòng)高達(dá)數(shù)十瓦的LED.PT4115 內(nèi)置功率開(kāi)關(guān)，采用高端電流采樣設(shè)置LED 平均電流，并通過(guò)D IM 引腳可以接受模擬調(diào)光和很寬范圍的PWM 調(diào)光。當(dāng)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(jī)狀態(tài)。

1. 2 LED射燈驅(qū)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(nèi)部功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)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(nèi)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(dāng)(V IN-VCSN ) 》 115 mV 時(shí)，內(nèi)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(dāng)( 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(diào)光功能，可使DIM 引腳懸空，這時(shí)可輸出設(shè)定的最大電流。

2 基于Top249Y的72W 開(kāi)關(guān)電源適配器設(shè)計(jì)

2. 1 變壓器設(shè)計(jì)

高頻變壓器設(shè)計(jì)應(yīng)注意： 1)在高頻變壓器設(shè)計(jì)中，在最大輸出功率時(shí)，磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度不應(yīng)達(dá)到飽和，以免在大信號(hào)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(yán)重時(shí)會(huì)造成開(kāi)關(guān)管損壞。同時(shí)，輸出繞組匝數(shù)多，層數(shù)多時(shí)，應(yīng)考慮分布電容的影響，降低分布電容有利于抑制高頻信號(hào)對(duì)負(fù)載的干擾。對(duì)同一高頻變壓器同時(shí)減少分布電容和漏感是困難的，應(yīng)根據(jù)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(xiàn)欠壓和過(guò)壓檢測(cè)，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(shè)定為僅略高于低電壓工作時(shí)的滿載峰值電流，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(fù)載瞬態(tài)的磁芯飽和。VR1即瞬電壓抑制管，型號(hào)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(hào)可選UF4006.目標(biāo)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(nèi)部基準(zhǔn)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(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(zhuǎn)換單元、控制器單元組成。AT89C2051芯片用于對(duì)來(lái)自聲控和光控傳感器檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)過(guò)整形以后的信號(hào)數(shù)據(jù)做處理，進(jìn)而控制LED 驅(qū)動(dòng)器。

該電路中AT89C2051 的p3. 0 和p3. 1端口用作輸入信號(hào)檢測(cè)，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(jié)

筆者所設(shè)計(jì)的LED射燈智能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，能有效地監(jiān)控、檢測(cè)周圍環(huán)境的變化，及時(shí)關(guān)閉、開(kāi)啟燈源以及調(diào)光。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)照明系統(tǒng)相比，不僅能大量節(jié)省電能，而且其特有的調(diào)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(yīng)用前景。