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一款LED家居照明调光灯的设计

时间:2013-05-22来源:易品网 点击:

 一、概述
  LED发光二极管,是一种能够将电能转化为可见光的固态半导体器件。它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理,采用电场发光。白光LED的光谱几乎全部集中于可见光波段,其发光效率可达到150lm/W以上,具有功耗低、辐射低、光效高和寿命长等显著特点。LED与普通白炽灯、螺旋节能灯及T5三基色荧光灯对比显示:普通白炽灯的光效为12lm/W,寿命大约为2000小时;螺旋节能灯的光效为60lm/W,寿命大约为8000小时;T5荧光灯则为96lm/W,寿命大约为10000小时;而白光LED光效可达到150lm/W以上,寿命更可达到20000~50000小时以上。随着LED制造技术的不断提升,大功率、高光效、低成本的LED产品不断涌现,LED照明得以高速发展。
  LED为3V左右的低电压直流驱动器件,不能够直接接入220VAC的交流市电来驱动。为达到足够的照明亮度,通常采用LED灯珠串联再并联的连接方式进行电路设计,如某型号LED日光灯管为24串12并;但由于LED灯珠的特性不同,加之受温度影响较大,LED的驱动必须采用一定精度的恒流电源驱动。
  本课题研究着重完成LED灯的AC/DC电源变换器及恒流驱动设计,同时利用单片机实现对LED灯开关及调光的红外遥控控制功能。

二、基于NCP1200P60的开关电源设计
  本课题实践过程中LED灯珠选用的是超高亮F5食人鱼灯珠。该灯珠正向工作电压为3.0~3.2V,工作电流18~20mA;发光强度为3500~4500mcd,发光角为90度,折合光通量为6.4~8.3lm。光源设计时考虑12V电源较为常用,为此将LED光源设计为3串40并电路形式,即光源驱动电源要满足12VDC/800mA的供电能力。
  开关电源具有体积小、重量轻、效率高等优点,是实现AC/DC电源的首选电源方案。NCP1200P60是美国安森美半导体公司研制开发的PWM电流型开关电源专用芯片;其外围应用电路简单,工作可靠。[1]
  安森美官方提供了开关电源用高频变压器辅助设计EXCEL表格程序,该程序名称为“NCP1200DesignspreadsheetmadebyHectorNGONSemiconductorSingapore”。在该表格程序中我们只需设置好交流输入最小电压185V及最大电压265V,直流输出电压12V及最大电流1A等参数;即可得到满足我们需要的高频变压器参数,如磁芯类型EI-28Z、初级线圈的线径AWG31(0.23mm)和匝数75、次数线圈的线径AWG25(0.45mm)和匝数9等参数。

三、基于DW8501的LED恒流驱动调光电路实现
  DW8501是韩国运动科技出产的LED线性恒流驱动IC。DW8501工作电压为5~40V,可通过外部配置电阻实现最大1.5A电流调节能力,方便作为高电压驱动LED的恒流源应用。DW8051内部带有降热功能电路设计,可保证可靠工作。同时DW8501的EN引脚具备0%~100%调节LED灯光亮度的PWM功能接口[2]。DW8501的PWM接口方便与单片机连接,实现调光功能。
  PIC12F615是一款8位8引脚CMOS闪存单片机。其内部集成精确振荡器,其精度高达1%,并可通过软件设置4MHz或8MHz工作频率;其具有2.0V~5.5V的宽电压工作、上电复位、欠压复位、具有上电延时定时器和独立的看门狗定时器,可有效的保证单片机可靠运行;并且带有10位最高20KHz的PWM输出端口[3]。
  PIC12F615的PWM硬件功能,节约了单片机软件资源,可以利用单片机实现红外软解码,最终完成的调光控制电路如图。

四、调光控制程序开发
  考虑实用性和操作方便,我们将调光能力设计为10级,并且以家用电视的遥控器作为调光灯的控制器。
  其中,主要功能PWM控制部分的程序如下:
  TRISIO2=0x0;//使能GP2输出
  GP2=0x1;//开机默认打开
  nPWMPercent=100;
  P1ASEL=0x0;//选择GP2为PWM
  //besuretosetPWMportasoutput
  //prescaler+turnonTMR2;
  T2CON=0x05;
  PR2=0x18;//PWMFrequency10KHz
  //setdutyMSB
  CCPR1L=(nPWMPercent>>0x2);
  //dutylowestbits+PWMmode
  CCP1CON=0x0C;

五、结束语
  本课题设计完成的LED调光灯至本文结稿时止已验证使用半年,未出现LED灯珠损坏情况;电源效率在80%以上;分级调光功能可满足夜间看电视、读书绘画等不同照明需求。达到了预期设计目标,具有更加智能、更加节能的特点,有较高的实用推广价值。

参考文献:
  [1]OnSemi.NCP1200/D(December,2009-Rev.17)Datasheet.2009.
  [2]Dwanatech.DW8501(Oct.2009-Rev1.0)Datasheet.2009.
  [3]Microchip.DS41302A_CNPIC12F609/HV609PIC12F615/HV615Datasheet.2008.

已完,这是在《消费电子.理论版》上发表的文章,希望对您有所帮助,另外本站最近统计了中文核心期刊目录2013版,若得闲,可一观。

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