简易智能LED台灯的实现方法

摘 要：LED作为一种新型光源，具有高效节能、绿色环保、色彩丰富等特性，被誉为人类照明史上的希望之光。本文设计的多功能白光LED台灯系统，采用PT4115大功率LED恒流驱动方案，可实现对LED台灯的PWM多级调光控制;系统兼有USB充电、自动感应开关等多项功能。实验证明，该多功能LED台灯稳定高效，功能丰富，能够满足人们多层次的需求。

关键词：LED照明;多级调光;自动感应

1系统电路设计

该多功能LED台灯主要采用10只5mm高亮白光LED灯珠为光源，由主要LED恒流驱动系统、多级调光系统、智能开关控制系统组成。该电路主要由热释电红外传感器和BISS0001芯片构成，采用光敏电阻和定值的电阻串联来改变三极管基极电压，从而实现LED灯亮度的自动调节。

2恒流驱动系统

PT4115是一款连续电感电流导通模式的降压恒流源，它具有较宽的直流输入电压范围（8V-30V），击穿电压>45V，输出200mA-1200mA恒定直流[1]。芯片内置功率开关，采用高端电流采样设置LED平均电流，并通过DIM引脚可以接受模拟调光和很宽范围的PWM调光。当DIM的电压低于0.3V时，功率开关关断，芯片进入极低的工作电流的待机状态。

本设计LED 采用高性能PT4115 恒流芯片驱动，该芯片内部含有抖频特性，极大的改善EMI，输出恒流最大可达1.2A，极少的外围电路个数，同时具有过温、过压、过流、LED 开路保护等多种功能。

3 PWM多级调光系统

脉冲宽度调制（PWM），是利用微处理器的数字输出对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极电偏置来实现开关稳压电源输出晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压值在工作条件变化时保持稳定[2]。通过 PT4115 芯片上的DIM 端，可以方便的进行PWM 调光，即保持LED 正向导通电流恒定，而通过控制电流导通和关断的时间比例，即改变输入脉冲信号的占空比，使LED 产生亮暗变化;当LED 亮暗变化频率大于120Hz 时，人眼就不会感觉到闪烁，而看到的是LED 的平均亮度。PWM 调光的优势是LED 正向导通的电流是恒定的，LED 的色度就不会像模拟调光时产生变化。大多数智能台灯采用单片机来控制输出信号的占空比来控制LED灯的亮度，但这其中的缺点是利用AD转换电路，而且需要单片机编程，电路复杂繁琐。本设计降低了台灯的成本，用三极管和电阻代替单片机和AD转换电路。

（1）当环境照度处于正常水平时，光敏电阻R17的阻值为7.5KΩ，若电位器R16处于最大值3KΩ时，则三极管Q2基极偏压：

VB=VCC*R17/Rb2+R16+R17≈6.12V，流过发射极电阻R18的电流IE=VE/R18=276mA，发光强度?=83%。

若电位器R16处于最小值0.1KΩ，则三极管Q2基极偏压：

VB=VCC*R17/Rb2+R16+R17≈7.63V

流过发射极电阻R18的电流IE=VE/R18=352mA，发光强度?=106%。

当环境照度正常时，LED发光亮度可达106%，用户可通过手动调节电位器R17来实现台灯亮度在83%-106%之间的变化。

（2）当环境光照过亮时，光敏电阻阻值为5KΩ，若电位器R16处于最大值3KΩ时，则三极管Q2基极偏压：

VB=VCC*R17/Rb2+R16+R17≈4.92V，流过发射极电阻R18的电流IE=VE/R18=215mA，发光强度?=65%。

若电位器R16处于最小值0.1KΩ，则三极管Q2基极偏压：

VB=VCC*R17/Rb2+R16+R17≈6.45V

流过发射极电阻R18的电流IE=VE/R18=292mA，发光强度?=88%。

当环境照度过亮时，LED发光亮度可达88%，用户可通过手动调节电位器R17来实现台灯亮度在65%-88%之间的变化。

（3）光照较暗时，光敏电阻阻值为10KΩ，若电位器R16处于最大值3KΩ时，则三极管Q2基极偏压：

VB=VCC*R17/Rb2+R16+R17≈6.98V，流过发射极电阻R18的电流IE=VE/R18=319mA，发光强度?=96%。

若电位器R16处于最小值0.1KΩ，则三极管Q2基极偏压：

VB=VCC*R17/Rb2+R16+R17≈7.79V

流过发射极电阻R18的电流IE=VE/R18=390mA，发光强度?=117%。

当环境照度较暗时，LED发光亮度可达117%，用户可通过手动调节电位器R17来实现台灯亮度在96%-117%之间的变化。

4智能开关控制系统

当人体接近热释电红外传感器时，传感器会因为感应到人体发出的红外信号而输出一个感应信号，该感应信号送入BISS0001集成芯片处理，处理后会输出一个高电平驱动后续电路工作。当人体离开感应范围后，热释电红外传感器停止输出感应信号，BISS0001集成芯片输出的电平变为低电平并结束后续电路，从而实现了人来灯亮人走灯灭的功能。电路为热释电红外传感器部分，通过调整C6和R1来调整热释电传感器的灵敏度。

集成芯片BISS0001内部有延时定时器Tx和封锁时间定时器Ti，其时间长短由芯片的外接电阻和电容大小决定[3]。本设计要求台灯在人离开后延时一定的时间后才熄灭，因此可根据用户的需求设置若干个电阻或可调电位器来选择延时时间，在这里就不再详述。

5总结

随着LED的发展，智能台灯也将是未来的主流台灯。热释电红外传感器和BISS0001组成的红外感应开关用于智能开关灯控制方面价格低廉，配以菲涅尔透镜以提高传感器灵敏度，采用光敏电阻和三极管作为控制亮度的主要结构部分，大大降低了台灯的成本，也省去了单片机编程的麻烦。可以预见，LED照明技术将在家用照明领域发挥更重要的作用。

参考文献

[1] 陳雷，赵艳军.基于PT4115的大功率LED恒流驱动的设计[J].灯与照明，2008.12：31～34.

[2] 霍姆斯.电力电子变换器PWM技术原理与实践[M]. 人民邮电出版社，2010.

[3] 位永辉，陈绥阳.基于BISS0001的智能台灯设计[J].中小企业管理与科技，2010（10）：293-294.

作者简介：陈艳玲，1983.8，女，汉，福建漳州，本科，毕业院校：闽南师范大学，研究方向：电子技术教学，讲师。