基于PT4115的可调光LED灯驱动设计

范　燕　李海霞

(1.常州信息职业技术学院电子与电气工程学院　江苏常州　213164; 2.常州欧智汽车电子有限公司　江苏常州　213164)



基于PT4115的可调光LED灯驱动设计

范燕1李海霞2

(1.常州信息职业技术学院电子与电气工程学院江苏常州213164; 2.常州欧智汽车电子有限公司江苏常州213164)

摘要：LED是一种新型半导体固态光源，具有低功耗、长寿命及环保的显著优点。采用PT4115来做LED恒流驱动，设计了可调光控制的LED射灯驱动系统。结果表明，该系统能有效地实现对灯的智能控制，并提高用电效率，节省电能。

关键词：LED； PT4115； 驱动电路； 调光控制

0引言

LED灯具的出现，极大地降低照明所需要的电力，同样瓦数的LED灯，比传统光源节电60%～70%，同时LED具有寿命长、环保、免维护等优点，迅速取代传统光源白炽灯的位置[1]。2012年，中国政府宣布，全面禁止销售和进口100瓦以上的普通照明用白炽灯。

根据市场上现有的可调光LED灯的特点，设计了可应用于书房、卧室的智能照明系统。该系统采用12 V/1.5 A开关电源供电，恒流驱动采用PT4115芯片。灯的亮灭及亮度通过调光方式实现和改变。用户只需要旋转开关就能进行自定义亮度设置。亮度的转变是平滑的，不再有预设的亮度限制[2]。用户可根据不同环境需要选择适合的亮度输出，比如夜晚休息时可以设置为低亮以达到长时间连续使用。PT4115芯片的DIM端可用PWM调光实现输出电流从0到100%调整。

1控制芯片PT4115调光原理

PWM调光电路是利用PWM信号控制LED灯下端功率开关的通断，以改变平均输出电流来实现对LED灯亮度的控制。PWM调光电路的核心是调光控制芯片，本设计采用的是POWTECH公司生产的芯片PT4115。

PT4115是一款连续电感电流导通模式的降压变换器，用于驱动一颗或多颗串联LED灯珠[3]。PT4115的输入电压范围为8～30 V，输出电流可调，最大可达1.2 A。根据不同的输入电压和外部器件，PT4115可以驱动高达数十瓦的LED。PT4115内置功率开关，采用高端电流采样设置LED灯平均电流，通过DIM引脚可以接受模拟调光和宽范围的PWM调光[4]。当DIM的电压低于0.3 V时，功率开关关断，PT4115进入极低工作电流的待机状态。

PT4115和电感(L1)、电流采样电阻(R1)形成一个自振荡的连续电感电流模式的降压型恒流LED控制器。上电时，电感(L1)和电流采样电阻(R1)的初始电流为0，LED灯输出电流也为0。这时，CS比较器输出为高，内部功率开关导通，SW电位为低。电流通过电感(L1)、电流采样电阻(R1)、LED灯和内部功率开关从IN流到地，电流上升斜率由VIN、电感(L1)和LED灯压降决定，在R1上产生一个压差VCSN，当(VIN-VCSN)>115 mV时，CS比较器输出变低，内部功率开关关断，电流以另一个斜率流过电感(L)、电流采样电阻(R1)、LED灯和肖特基二极管(D)，当(VIN-VCSN)<85 mV时，功率开关重新打开，这样使得在LED灯的平均电流为：

IOUT=(0.085+0.115)/(2＊Rs)=0.1/Rs

芯片PT4115根据电流检测电阻R1的大小变换得到电压信号，经其内部比较器的作用得到恒定的输出电流IOUT。这样，就实现了对LED灯亮度的控制。

2系统电路设计

2.1旋转式原理图

该方案采用旋转电位器调节改变LED灯亮度，原理图如图1所示。该方案采用按键调节改变LED灯亮度，原理图如图1所示。

图1　旋转式调光台灯驱动电路图

图中J1为12 V直流电源输入端，RW1为带开关的电位器，D1、R1、U1、L1及C3组成恒流驱动电路，R2、RW1B、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、C6、C7、C8及U3组成PWM调光控制电路。该方案利用电位器调节放大器的输入电压，让它与振荡器产生的方波信号进行比较，输出占空比随电压变化而变化的PWM信号，从而调节输出驱动电流以达到调光的作用。

2.2旋转式PCB图

PCB如图2所示，尺寸50*37.5(mm)。

2.3实物图

电路实物图如图3所示：

图2　旋转式调光台灯驱动电路图

图3　测试电路实物图

3控制芯片电路级测试

3.1被测试电路和测试方案

该电路采用BUCK拓补结构，图中P1为电源输入接口(1正2负)，输入电压为12 V，P2为输出接口(1正2负)与LED相连接，P3为PWM信号输入端。根据PT4115提供的电路图搭接了一个测试电路，电路原理图如图4所示：

选用直流稳压电源、函数信号发生器、示波器、万用表测试，结果如下：

①DIM端悬空时，输入电压变化对输出电流及效率的影响；②DIM端输入PWM信号，随信号频率的变化输出电流及效率的变化情况；③DIM端输入PWM信号，随信号占空比的变化输出电流及效率的变化情况；④DIM端输入PWM信号，随信号幅值的变化输出电流及效率的变化情况。

测试方案如图5所示：

图4　测试电路原理图

图5　测试方案示意图

3.2测试结果

1)DIM端悬空，输入电压对输出的影响见表1：

表1　输入电压对输出的影响

2) DIM端输入PWM信号对输出的影响：

①输入电压为12 V，DIM端输入脉冲幅值为5 Vpp，占空比为20%的情况如表2：

表2　占空比为20%的数据

②输入电压为12 V，DIM端输入脉冲幅值为5 Vpp，占空比为80%的情况如表3：

表3　占空比为80%的数据

③输入电压为12 V，DIM端输入脉冲占空比为80%，FP=1 KHz，脉冲幅值由0.5 V到5 V调节，测试数据如表4所示：

表4　脉冲幅度变化的数据

④不同频率下，输出电流与占空比的关系图如图6所示：

图6　输出电流与占空比的关系

4结束语

综上所述，得出以下结论：①输入电压越小效率越高;②频率和占空比不变，PWM信号幅值越大，输出电流越大;③频率不变，占空比越大，输出电流越大，效率越高;④占空比不变，随着频率增大输出电流呈减小趋势，效率基本不变;⑤PWM信号低频段，调光线性较好。

参考文献：

[1]李军伟. LED的驱动电路研究[D]. 大连： 大连理工大学，2007：1-3.

[2]杨巍巍.LED调光驱动电源的研究与设计[D]. 西安： 陕西科技大学，2014：2.

[3]王志远. LED灯具智能驱动系统设计[J]. 灯与照明，2010(1)：25-27.

[4]张昊程.LED调光方案及其驱动器设计[D]. 西安：西安电子科技大学，2012：2-3.

收稿日期：2016-03-24

作者简介：范燕(1981-)，女，讲师、工程师，主要研究方向：电子信息技术

中图分类号：TM 46

文献标志码：B

文章编号：1672-2434(2016)03-0023-04

Design of Adjustable Light LED Lamp Driver Based on PT4115

FAN Yan1LI Haixia2

(1. School of Electronic and Electrical Engineering, Changzhou College of Information Technology, Changzhou 213164, China;2. Auto-Intelligent Technology Co. Ltd, Changzhou 213164, China)

Abstract：LED is a new type of semiconductor solid-state light source, which has advantages of low power consumption, long life and environmental protection. This paper discusses the use of PT4115 as LED constant current driver, and designs the adjustable LED lamp light control drive system. Results show that the system can effectively realize the intelligent control of the lamp, and improve the power efficiency and save energy.

Key words：LED; PT4115; drive circuit; dimming control