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0~100%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。
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关键词 PT4115；大功率LED；恒流源；STM32
０ 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0~100%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LED的使用寿命。
１ 原理与设计
１.1 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。
１.2 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]，其输入电流范围可从8V~30V变化，击穿电压大于45V，最大可输出1.2A的恒定直流，可驱动1~7颗串联的大功率LED。PT4115可采用PWM进行调光，调光范围可从0~100%。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，Vcsn＞115mV时，内部开关关断，电感通过续流二极管放电形成回路，当Vcsn＜85mV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，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。
２ 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。
３ 结论
经过试验论证，本文所设计的LED照明灯驱动系统能够正常驱动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。
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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］