电路方案分析

LED是典型的绿色照明光源产品，作为国家绿色照明推广使用的产品，大功率白光LED光源是作为台灯光源的理想选择。大功率LED台灯产品设计考虑的因素很多，主要包括大功率LED的性能和参数、工业造型设计、光学设计、热设计、电路设计、结构设计、加工工艺、生产工艺等环节。在设计和生产过程中必须充分考虑相关因素，任何一个环节出现偏差都会影响产品的性能和效果。

遵循安全第一的民用电器设计理念，LED光源是一种低电压直流恒流源的发光器件，不能用100～220V的交流高压电直接点亮，因此，LED台灯方案的设计思路是，首先要将高压的交流电变换成低压的直流恒流源，才能点亮LED光源。最经济有效的方法就是使用适配器，既经济实惠、又现成、又好用，一种简洁实用的LED台灯方案如图5-12所示。

图5-12　使用适配器的LED台灯及其构成框图

适配器的输出电压要求稳定在DC12V，输出电流要根据LED的光源的功率来选择，一般要给予30%的余量，以3×1W的白光LED光源为例，1W的白光LED的标准工作电流应为350mA，因而3个LED光源串联其电路需要的电流也是350mA，考虑到延长LED寿命和降低光衰，可以设计为300～330mA，不会明显的影响LED发光的亮度，所以适配器的输出电流应选750mA～1A的。

市电经由适配器在灯具外的安全降压变换，向LED台灯提供稳定的12V直流电源，在台灯底座壳内安置恒流源电源板，将直流电压变换成稳定的直流恒流源，以满足LED光源发光的技术要求。在直流恒流源前可加一电源开关，以便在台灯不用时可关断直流电源，但不能关断220V交流电源，因此不用时应从墙上取下适配器的电源插头，这也是这个实用方案的唯一“缺点”。

LED光源的驱动电路就是把12V直流电压变换成稳定的恒流源，电路的设计本着删繁就简、节省成本的原则，应该从能完成这个电路设计要求的众多LED驱动芯片中选择集成度高、性能较好、应用电路简单、价格较平的性价比有优势的芯片，PT4115就是这样的一款驱动芯片，它是一款电感电流连续导通的降压恒流源，可用于驱动一颗或多颗串联LED。PT4115产品是在2006年推出的PT4105的基础上把输入电压范围扩大到8～40V，输出LED电流提高到1.2A，可以驱动多达7个串联的LED，提供从1～28W以上的输出功率，效率高达97%。由于外部电流检测电阻的压降仅为100mV，以及内部0.4Ω的导通电阻，降低了芯片和系统的功耗，大幅提升了LED照明系统的效率，达到省电的效果。PT4115芯片外形及引脚图如下图所示。

图5-13　PT4115芯片及其引脚图

PT4115内置功率开关，采用高端电流采样设置LED平均电流，其输出LED的电流精度达±5%。通过DIM引脚可以接受模拟调光和很宽频率范围的PWM调光。当DIM的电压低于0.3V时，功率开关关断，PT4115进入极低工作电流的待机状态。PT4115极为快速的电流响应时间使得在100Hz的PWM调光时，调光比高达5000∶1（0.02%～100%）。

由PT4115构成的驱动电路如下图所示，其外围器件少，有效地减少生产成本。电路只需要一个输入电容、一个电感、一个二极管和一个采样电阻四个外部元器件。

这个电路四个元器件的选择具体要求如下：

1.输入滤波电容CIN(www.xing528.com)

它把脉冲直流变换成平滑的直流。应选电解电容，型号为100μF/25V。

2.采样电阻RS

它用于控制PT4115输出电流的大小，它决定恒流源的绝对精度。RS的阻值与负载电流大小有关，一般用下面公式计算：

由于负载是3个串联的1W的LED，额定电流为350mA，则采样电阻RS的大小为0.1/0.35=0.2857Ω，所以RS可以选择阻值约为0.2857Ω的金属膜电阻。

图5-14　PT4115典型应用电路

3.续流电感L

它是这个电路中的关键元件，功能是把100kHz的脉冲电流变换成三角波电流，L的电感量会影响工作电压范围内恒流源的稳定性。因为PT4115 的设计最佳工作频率在1MHz 以下，电感量大了小会影响其工作频率，本方案的电感设计在68uH 以上，这样系统工作频率可以控制到1MHz 以下。电感量小了，工作频率趋高，由于PT4115内部电流检测电路响应速度限制，对内部电流正常检测出现影响，不能更好地实现对内部开关的导通/关断控制。另外电感量太小还会导致PT4115的SW 端烧坏，而无输出。

本电路方案以3个1W的高亮度白光LED光源串联，其工作电流可设计为300～350mA，L的电感量应选用68～100uH，Q值大于50，饱和电流大于800mA的磁路闭合电感器。电感的DCR越小，效率越高。建议选用EPC13锰锌4000磁芯。

4.续流二极管D

在芯片内部MOS管处于截止状态时为储存在电感中的电流提供放电回路。由于工作在高频脉冲状态，D应选用正向压降小，恢复速度快的肖特基二极管。电感器的饱和电流选小了，肖特基二极管的电流选小了，将会导致整个电路的续流不足，LED光源会产生人眼可见的闪光。将电感器的饱和电流和肖特基二极管的电流适当增大即可增大整个电路的续流电流，消除因此产生的闪光。