簡易智能LED臺燈的實(shí)現(xiàn)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(yù)為人類照明史上的希望之光。本文設(shè)計(jì)的多功能白光LED臺燈系統(tǒng)，采用PT4115大功率LED恒流驅(qū)動方案，可實(shí)現(xiàn)對LED臺燈的PWM多級調(diào)光控制;系統(tǒng)兼有USB充電、自動感應(yīng)開關(guān)等多項(xiàng)功能。實(shí)驗(yàn)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(guān)鍵詞：LED照明;多級調(diào)光;自動感應(yīng)

1系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

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(qū)動系統(tǒng)、多級調(diào)光系統(tǒng)、智能開關(guān)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(gòu)成，采用光敏電阻和定值的電阻串聯(lián)來改變?nèi)龢O管基極電壓，從而實(shí)現(xiàn)LED燈亮度的自動調(diào)節(jié)。

2恒流驅(qū)動系統(tǒng)

PT4115是一款連續(xù)電感電流導(dǎo)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(nèi)置功率開關(guān)，采用高端電流采樣設(shè)置LED平均電流，并通過DIM引腳可以接受模擬調(diào)光和很寬范圍的PWM調(diào)光。當(dāng)DIM的電壓低于0.3V時(shí)，功率開關(guān)關(guān)斷，芯片進(jìn)入極低的工作電流的待機(jī)狀態(tài)。

本設(shè)計(jì)LED 采用高性能PT4115 恒流芯片驅(qū)動，該芯片內(nèi)部含有抖頻特性，極大的改善EMI，輸出恒流最大可達(dá)1.2A，極少的外圍電路個(gè)數(shù)，同時(shí)具有過溫、過壓、過流、LED 開路保護(hù)等多種功能。

3 PWM多級調(diào)光系統(tǒng)

脈沖寬度調(diào)制（PWM），是利用微處理器的數(shù)字輸出對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極電偏置來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管導(dǎo)通時(shí)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(shí)保持穩(wěn)定[2]。通過 PT4115 芯片上的DIM 端，可以方便的進(jìn)行PWM 調(diào)光，即保持LED 正向?qū)娏骱愣?，而通過控制電流導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間比例，即改變輸入脈沖信號的占空比，使LED 產(chǎn)生亮暗變化;當(dāng)LED 亮暗變化頻率大于120Hz 時(shí)，人眼就不會感覺到閃爍，而看到的是LED 的平均亮度。PWM 調(diào)光的優(yōu)勢是LED 正向?qū)ǖ碾娏魇呛愣ǖ?，LED 的色度就不會像模擬調(diào)光時(shí)產(chǎn)生變化。大多數(shù)智能臺燈采用單片機(jī)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(diǎn)是利用AD轉(zhuǎn)換電路，而且需要單片機(jī)編程，電路復(fù)雜繁瑣。本設(shè)計(jì)降低了臺燈的成本，用三極管和電阻代替單片機(jī)和AD轉(zhuǎn)換電路。

（1）當(dāng)環(huán)境照度處于正常水平時(shí)，光敏電阻R17的阻值為7.5KΩ，若電位器R16處于最大值3KΩ時(shí)，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(qiáng)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(qiáng)度?=106%。

當(dāng)環(huán)境照度正常時(shí)，LED發(fā)光亮度可達(dá)106%，用戶可通過手動調(diào)節(jié)電位器R17來實(shí)現(xiàn)臺燈亮度在83%-106%之間的變化。

（2）當(dāng)環(huán)境光照過亮?xí)r，光敏電阻阻值為5KΩ，若電位器R16處于最大值3KΩ時(shí)，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(qiáng)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(qiáng)度?=88%。

當(dāng)環(huán)境照度過亮?xí)r，LED發(fā)光亮度可達(dá)88%，用戶可通過手動調(diào)節(jié)電位器R17來實(shí)現(xiàn)臺燈亮度在65%-88%之間的變化。

（3）光照較暗時(shí)，光敏電阻阻值為10KΩ，若電位器R16處于最大值3KΩ時(shí)，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(qiáng)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(qiáng)度?=117%。

當(dāng)環(huán)境照度較暗時(shí)，LED發(fā)光亮度可達(dá)117%，用戶可通過手動調(diào)節(jié)電位器R17來實(shí)現(xiàn)臺燈亮度在96%-117%之間的變化。

4智能開關(guān)控制系統(tǒng)

當(dāng)人體接近熱釋電紅外傳感器時(shí)，傳感器會因?yàn)楦袘?yīng)到人體發(fā)出的紅外信號而輸出一個(gè)感應(yīng)信號，該感應(yīng)信號送入BISS0001集成芯片處理，處理后會輸出一個(gè)高電平驅(qū)動后續(xù)電路工作。當(dāng)人體離開感應(yīng)范圍后，熱釋電紅外傳感器停止輸出感應(yīng)信號，BISS0001集成芯片輸出的電平變?yōu)榈碗娖讲⒔Y(jié)束后續(xù)電路，從而實(shí)現(xiàn)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(diào)整C6和R1來調(diào)整熱釋電傳感器的靈敏度。

集成芯片BISS0001內(nèi)部有延時(shí)定時(shí)器Tx和封鎖時(shí)間定時(shí)器Ti，其時(shí)間長短由芯片的外接電阻和電容大小決定[3]。本設(shè)計(jì)要求臺燈在人離開后延時(shí)一定的時(shí)間后才熄滅，因此可根據(jù)用戶的需求設(shè)置若干個(gè)電阻或可調(diào)電位器來選擇延時(shí)時(shí)間，在這里就不再詳述。

5總結(jié)

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(yīng)開關(guān)用于智能開關(guān)燈控制方面價(jià)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(jié)構(gòu)部分，大大降低了臺燈的成本，也省去了單片機(jī)編程的麻煩?？梢灶A(yù)見，LED照明技術(shù)將在家用照明領(lǐng)域發(fā)揮更重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]?陳雷，趙艷軍.基于PT4115的大功率LED恒流驅(qū)動的設(shè)計(jì)[J].燈與照明，2008.12：31～34.

[2]?霍姆斯.電力電子變換器PWM技術(shù)原理與實(shí)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(shè)計(jì)[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(xué)，研究方向：電子技術(shù)教學(xué)，講師。