簡易智能LED臺燈的實現方法

摘?要：LED作為一種新型光源，具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保、色彩豐富等特性，被譽為人類照明史上的希望之光。本文設計的多功能白光LED臺燈系統(tǒng)，采用PT4115大功率LED恒流驅動方案，可實現對LED臺燈的PWM多級調光控制;系統(tǒng)兼有USB充電、自動感應開關等多項功能。實驗證明，該多功能LED臺燈穩(wěn)定高效，功能豐富，能夠滿足人們多層次的需求。

關鍵詞：LED照明;多級調光;自動感應

1系統(tǒng)電路設計

該多功能LED臺燈主要采用10只5mm高亮白光LED燈珠為光源，由主要LED恒流驅動系統(tǒng)、多級調光系統(tǒng)、智能開關控制系統(tǒng)組成。該電路主要由熱釋電紅外傳感器和BISS0001芯片構成，采用光敏電阻和定值的電阻串聯(lián)來改變三極管基極電壓，從而實現LED燈亮度的自動調節(jié)。

2恒流驅動系統(tǒng)

PT4115是一款連續(xù)電感電流導通模式的降壓恒流源，它具有較寬的直流輸入電壓范圍（8V-30V），擊穿電壓>45V，輸出200mA-1200mA恒定直流[1]。芯片內置功率開關，采用高端電流采樣設置LED平均電流，并通過DIM引腳可以接受模擬調光和很寬范圍的PWM調光。當DIM的電壓低于0.3V時，功率開關關斷，芯片進入極低的工作電流的待機狀態(tài)。

本設計LED 采用高性能PT4115 恒流芯片驅動，該芯片內部含有抖頻特性，極大的改善EMI，輸出恒流最大可達1.2A，極少的外圍電路個數，同時具有過溫、過壓、過流、LED 開路保護等多種功能。

3 PWM多級調光系統(tǒng)

脈沖寬度調制（PWM），是利用微處理器的數字輸出對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術。根據相應載荷的變化來調制晶體管柵極或基極電偏置來實現開關穩(wěn)壓電源輸出晶體管導通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓值在工作條件變化時保持穩(wěn)定[2]。通過 PT4115 芯片上的DIM 端，可以方便的進行PWM 調光，即保持LED 正向導通電流恒定，而通過控制電流導通和關斷的時間比例，即改變輸入脈沖信號的占空比，使LED 產生亮暗變化;當LED 亮暗變化頻率大于120Hz 時，人眼就不會感覺到閃爍，而看到的是LED 的平均亮度。PWM 調光的優(yōu)勢是LED 正向導通的電流是恒定的，LED 的色度就不會像模擬調光時產生變化。大多數智能臺燈采用單片機來控制輸出信號的占空比來控制LED燈的亮度，但這其中的缺點是利用AD轉換電路，而且需要單片機編程，電路復雜繁瑣。本設計降低了臺燈的成本，用三極管和電阻代替單片機和AD轉換電路。

（1）當環(huán)境照度處于正常水平時，光敏電阻R17的阻值為7.5KΩ，若電位器R16處于最大值3KΩ時，則三極管Q2基極偏壓：

VB=VCC*R17/Rb2+R16+R17≈6.12V，流過發(fā)射極電阻R18的電流IE=VE/R18=276mA，發(fā)光強度?=83%。

若電位器R16處于最小值0.1KΩ，則三極管Q2基極偏壓：

VB=VCC*R17/Rb2+R16+R17≈7.63V

流過發(fā)射極電阻R18的電流IE=VE/R18=352mA，發(fā)光強度?=106%。

當環(huán)境照度正常時，LED發(fā)光亮度可達106%，用戶可通過手動調節(jié)電位器R17來實現臺燈亮度在83%-106%之間的變化。

（2）當環(huán)境光照過亮時，光敏電阻阻值為5KΩ，若電位器R16處于最大值3KΩ時，則三極管Q2基極偏壓：

VB=VCC*R17/Rb2+R16+R17≈4.92V，流過發(fā)射極電阻R18的電流IE=VE/R18=215mA，發(fā)光強度?=65%。

若電位器R16處于最小值0.1KΩ，則三極管Q2基極偏壓：

VB=VCC*R17/Rb2+R16+R17≈6.45V

流過發(fā)射極電阻R18的電流IE=VE/R18=292mA，發(fā)光強度?=88%。

當環(huán)境照度過亮時，LED發(fā)光亮度可達88%，用戶可通過手動調節(jié)電位器R17來實現臺燈亮度在65%-88%之間的變化。

（3）光照較暗時，光敏電阻阻值為10KΩ，若電位器R16處于最大值3KΩ時，則三極管Q2基極偏壓：

VB=VCC*R17/Rb2+R16+R17≈6.98V，流過發(fā)射極電阻R18的電流IE=VE/R18=319mA，發(fā)光強度?=96%。

若電位器R16處于最小值0.1KΩ，則三極管Q2基極偏壓：

VB=VCC*R17/Rb2+R16+R17≈7.79V

流過發(fā)射極電阻R18的電流IE=VE/R18=390mA，發(fā)光強度?=117%。

當環(huán)境照度較暗時，LED發(fā)光亮度可達117%，用戶可通過手動調節(jié)電位器R17來實現臺燈亮度在96%-117%之間的變化。

4智能開關控制系統(tǒng)

當人體接近熱釋電紅外傳感器時，傳感器會因為感應到人體發(fā)出的紅外信號而輸出一個感應信號，該感應信號送入BISS0001集成芯片處理，處理后會輸出一個高電平驅動后續(xù)電路工作。當人體離開感應范圍后，熱釋電紅外傳感器停止輸出感應信號，BISS0001集成芯片輸出的電平變?yōu)榈碗娖讲⒔Y束后續(xù)電路，從而實現了人來燈亮人走燈滅的功能。電路為熱釋電紅外傳感器部分，通過調整C6和R1來調整熱釋電傳感器的靈敏度。

集成芯片BISS0001內部有延時定時器Tx和封鎖時間定時器Ti，其時間長短由芯片的外接電阻和電容大小決定[3]。本設計要求臺燈在人離開后延時一定的時間后才熄滅，因此可根據用戶的需求設置若干個電阻或可調電位器來選擇延時時間，在這里就不再詳述。

5總結

隨著LED的發(fā)展，智能臺燈也將是未來的主流臺燈。熱釋電紅外傳感器和BISS0001組成的紅外感應開關用于智能開關燈控制方面價格低廉，配以菲涅爾透鏡以提高傳感器靈敏度，采用光敏電阻和三極管作為控制亮度的主要結構部分，大大降低了臺燈的成本，也省去了單片機編程的麻煩?？梢灶A見，LED照明技術將在家用照明領域發(fā)揮更重要的作用。

參考文獻

[1]?陳雷，趙艷軍.基于PT4115的大功率LED恒流驅動的設計[J].燈與照明，2008.12：31～34.

[2]?霍姆斯.電力電子變換器PWM技術原理與實踐[M]. 人民郵電出版社，2010.

[3]?位永輝，陳綏陽.基于BISS0001的智能臺燈設計[J].中小企業(yè)管理與科技，2010（10）：293-294.

作者簡介：陳艷玲，1983.8，女，漢，福建漳州，本科，畢業(yè)院校：閩南師范大學，研究方向：電子技術教學，講師。