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1、基于PT4115的LED照明灯系统设计-机电论文基于PT4115的LED照明灯系统设计 麻朋威 (中南大学机电工程学院,湖南 长沙 410083) 【摘要】本文设计了一种基于PT4115的控制大功率LED照明灯控制系统。系统LED采用由PT4115构成的恒流源驱动电路进行驱动,采用STM32对PT4115进行控制能够实现亮度从0100%可调,同时通过DS128B20温度传感器实时检测LED散热板的温度,调整输出可防止LED温度过高,从而提高LED的使用寿命。 关键词PT4115;大功率LED;恒流源;STM32 引言 随着LED技术的进步与效率提升,LED应用领域逐渐由背光及指示灯用途开始跨入
2、照明领域。LED照明由于具有高效节能、超长寿命、光线健康、绿色环保、发光效率高等优点1,目前正得到广泛的应用,大功率LED照明产业已成为举世瞩目的重大产业之一,并将不可避免地取代传统照明器件,因此设计一种高效率、高精度的LED驱动电路具有很重要的意义。 本文设计了一种基于STM32的LED照明系统,系统最大输出功率为3W,本设计采用3颗额定功率为1W的LED灯珠串联,以使得最大输出功率为3W,并在PT4115构成的恒流源作用下进行驱动,同时在以STM32为主控CPU及其外围电路的作用下可以实现亮度从0100%可调。同时能够对散热板温度进行检测,防止温度超过90,从而可以减小LED的光衰,提高L
3、ED的使用寿命。 原理与设计 .1 驱动方案选型 目前大功率LED的驱动方案主要有恒压源驱动和恒流源驱动两种2,图1所示为大功率LED工作时的伏安特性曲线3,从图中可以看出,流过LED的电流的微小变化会导致LED两端的电压产生很大的变化。而LED的发光亮度是与流过它的正向电流成正比的4,若采用恒压源驱动,会由于恒压源输出电源的微小波动导致发光亮度发生变化,甚至出现闪烁,大大降低照明灯系统的实用性。同时LED在工作过程中的伏安特性也并不是固定的,而是随温度变化的,所以电压恒定也不能保证电流恒定。因此本设计采用恒流源方式进行驱动。 .2系统总体设计 本文所设计的LED照明灯系统主要包括LED恒流源
4、驱动模块、LED温度检测与保护模块、按键与显示模块和串口通信模块。主控CPU为STM32F103CBT6。恒流源驱动模块由PT4115构成,是系统最重要的组成部分,LED温度检测与保护模块用于在系统工作时实时监测LED的温度,以防止LED温度过高而影响LED灯珠的使用寿命。按键用于手动调节发光亮度,由调亮按键和调暗按键构成。显示模块用于显示当前发光亮度和LED灯珠的温度。同时设置了与PC通信的串口通信电路,可用于在PC端对照明灯系统进行监控。系统总体设计原理框图如图2所示。 1.3驱动电路设计 设计中采用PT4115作为恒流源驱动器,PT4115是一款开关型连续电感电流导通模式的降压恒流源5,
5、其输入电流范围可从8V30V变化,击穿电压大于45V,最大可输出1.2A的恒定直流,可驱动17颗串联的大功率LED。PT4115可采用PWM进行调光,调光范围可从0100%。同时PT4115采用SOT89-5封装,芯片管脚可直接通过金属焊盘进行散热。其内部设置了过热保护功能,以保证系统稳定可靠工作。当芯片温度超过160时即会进入过热保护状态并停止电流输出,当温度低于140时,会重新恢复至工作状态。本设计中具体应用电路如图3所示。 PT4115和电感L3、采样电阻R4和续流二极管D3形成一个自振荡的连续电流模式降压型恒流LED驱动器。 当电流上升,Vcsn115mV时,内部开关关断,电感通过续流
6、二极管放电形成回路,当Vcsn85mV时,内部开关重新打开,电流通过采样电阻、电感经内部功率开关至地。通过反馈可以保证输出电流精度达到5%,流过LED的平均电流为: 本设计要求最大输出功率为3W,由于大功率LED两端电压约为3.8V,输出3W所需的电流为263mA,为保证余量,我们取RS=0.27?赘,此时最大输出电流为370mA。PT4115可通过在DIM引脚输入PWM信号进行调光,输入频率范围可达50kHz以上。当占空比为D时,输出电流为: 此外,由于STM32在复位期间PWM引脚会输出高电平,若直接输入PT4115,会导致在开机瞬间LED发光亮度过大,出现闪亮一下的现象,对人眼造成刺激,
7、同时也会影响LED的使用寿命,为此增加了图3中Q1构成的三极管下拉电路,以保证在开机时PT4115输出电流为0。 实验结果 根据电路原理进行了系统实验平台的搭建,如图4所示,该系统采用20V直流电源进行供电,系统最大消耗号功率为4.6W,通过测量系统最大发光效率为76.90%。 采用带电流探头的的示波器对PT4115的输出电流进行测量,图5所示为输入占空比为30%时PT4115的输出波形,此时输出电流有效值为100mA。 图6所示为由测量数据得出的PT4115输出电流与占空比的关系曲线,由图可以看出系统占空比与输出电流的基本呈线性关系。 结论 经过试验论证,本文所设计的LED照明灯驱动系统能够
8、正常驱动3颗串联的LED灯珠发亮,并且3颗LED发光亮度均匀,并具有较高的发光效率,同时可通过PWM信号对发光亮度进行线性调节。因此具有良好的实用价值。 参考文献 1马金龙,王宁军,李北辰,等.大功率LED照明技术探讨J.中国照明电器,2011(10):18-20. 2黎平.LED驱动电源研究D.重庆:重庆大学,2007. 3陈雷,赵艳军,王艳玲.基于PT4115的大功率LED恒流源驱动的设计J.灯与照明,2008,32(4):31-34. 4周瑜.大功率反激式LED路灯驱动电源的设计D.广州:广东工业大学,2014. 5易长根.一种大功率、高效白光LED恒流源驱动芯片的设计D.成都:电子科技大学,2010. 责任编辑:刘展