基于CP2122B1的紅外照明補光系統設計與應用

本文介紹了采用低成本、高效率的升壓型電源管理芯片CP2122B1 驅動(dòng)紅外發(fā)射二極管，實(shí)現的紅外照明補光系統。文中針對紅外發(fā)射二極管的特性，結合CP2122B1 的工作特點(diǎn)，詳細討論了CP2122B1 在紅外照明補光系統中的應用，并給出了多種典型應用方案。該方案可廣泛應用于各種監控系統，為其提供高效、穩定的夜間紅外補光。

一、紅外發(fā)射二極管的驅動(dòng)需求

在隱蔽夜視監控系統中，目前大多采用紅外攝像技術(shù)。紅外攝像技術(shù)可分為被動(dòng)紅外攝像技術(shù)和主動(dòng)紅外攝像技術(shù)。所謂被動(dòng)紅外攝像技術(shù)是利用物質(zhì)在絕對零度 (-273oC)以上都會(huì )發(fā)射紅外光的特性，采用特殊的攝像機可實(shí)現對紅外線(xiàn)的捕捉與成像；主動(dòng)紅外成像技術(shù)，即采用紅外輻射“照明”，產(chǎn)生人眼看不見(jiàn)的紅外光，采用普通攝像機捕捉周?chē)h(huán)境反射回來(lái)的紅外光實(shí)現成像。采用被動(dòng)成像技術(shù)需要使用造價(jià)昂貴的特殊攝像機，而且被動(dòng)成像技術(shù)不能完整的反映周?chē)h(huán)境狀況，因此在夜視系統中大多采用主動(dòng)成像技術(shù)實(shí)現夜間隱蔽拍攝，紅外照明補光系統的可靠性將很大程度上影響監控系統在夜間工作的效果。

紅外燈按其紅外光輻射機理分為半導體固體發(fā)光(紅外發(fā)射二極管)紅外燈和熱輻射紅外燈兩種。紅外發(fā)射二極管由紅外輻射效率高的材料(常用砷化鎵GaAs) 制成PN 結，外加正向偏壓向PN 結注入電流激發(fā)紅外光，光譜功率分布為中心波長(cháng)830 -- 950nm，半峰帶寬約40nm 左右，它是窄帶分布，為普通CCD 黑白攝像機可感受的范圍。其最大的優(yōu)點(diǎn)是可以完全無(wú)紅暴(采用940～950nm 波長(cháng)紅外管)或僅有微弱紅暴(紅暴為有可見(jiàn)紅光)，且壽命長(cháng)；熱輻射紅外燈是利用物體的熱輻射效應，在熱輻射光源中通過(guò)加熱燈絲來(lái)維持它的溫度，供輻射繼續不斷的進(jìn)行，其最大不足之處是包含可見(jiàn)光成份，即有紅暴，且使用壽命短。由于紅外發(fā)射二極管的以上優(yōu)勢，其在紅外照明補光系統中將得到更加廣泛的應用。

紅外發(fā)光二極管的紅外輻射功率與正向工作電流成正比，但在接近正向電流的最大額定值時(shí)，器件的溫度因電流的熱耗而上升，使光發(fā)射功率下降。紅外二極管電流過(guò)小，將影響其輻射功率的發(fā)揮，但工作電流過(guò)大將影響其壽命，甚至使紅外二極管燒毀。紅外發(fā)光二極管的伏安特性與普通硅二極管極為相似。當電壓越過(guò)正向閾值電壓（約0.8V左右）電流開(kāi)始流動(dòng)，而且是一很陡直的曲線(xiàn)，表明其工作電流對工作電壓十分敏感。因此要求工作電壓準確、穩定，否則影響輻射功率的發(fā)揮及其可靠性。紅外發(fā)光二極管輻射功率隨環(huán)境溫度的升高（包括其本身的發(fā)熱所產(chǎn)生的環(huán)境溫度升高）會(huì )使其輻射功率下降。由于紅外發(fā)光二極管的以上特性，其驅動(dòng)電路的設計將在很大程度上決定其在紅外照明補光系統中的應用效果。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，在其電源系統的設計中要控制流過(guò)紅外發(fā)射二極管的電流，使其即兼顧亮度和效率。

二、傳統的解決方案

傳統的解決方案中采用恒壓源來(lái)驅動(dòng)紅外發(fā)射二極管。采用這樣的方式，在電源電壓穩定時(shí)完全可以滿(mǎn)足要求。然而在實(shí)際應用中，由于電網(wǎng)的波動(dòng)造成恒壓電源的電壓存在較大的波動(dòng)，進(jìn)而造成系統不能正常工作，表現如下：

電源電壓上升：流過(guò)紅外發(fā)射二極管的電流增大，當電流升到接近正向電流的最大額定值時(shí)，器件的溫度因電流的熱耗而上升，使光發(fā)射功率下降。如果電流持續上升，會(huì )造成紅外發(fā)射二極管燒毀。

電源電壓下降：流過(guò)紅外發(fā)射二極管的電流減小。由于紅外發(fā)光二極管的紅外輻射功率與正向工作電流成正比，因此其亮度會(huì )大大降低，無(wú)法滿(mǎn)足照明補光亮度的需求。

顯而易見(jiàn)，采用恒壓輸出的方式驅動(dòng)紅外發(fā)射二極管，在實(shí)際應用中存在明顯不足，無(wú)法解決夜間照明補光系統中驅動(dòng)電路的需求。因此，在紅外照明補光驅動(dòng)電路設計中，需要滿(mǎn)足在一個(gè)較為寬泛的電壓輸入范圍內實(shí)現恒流驅動(dòng)。