基于DS1820的大功率LED驅動(dòng)溫度補償電路設計

0 前言

　　隨著(zhù)LED商業(yè)、工業(yè)用途的不斷擴展，大功率LED的散熱問(wèn)題成為設計應用的難題。大多數LED的驅動(dòng)電源為不隨溫度變化的恒流源，當LED周?chē)鷾囟雀哂诎踩珳囟赛c(diǎn)時(shí)，工作電流就不在安全區內，這將大大縮短LED的使用壽命甚至引起直接損壞。為解決這一問(wèn)題，很多廠(chǎng)商采用傳統的散熱方法，即加裝散熱片。但由于長(cháng)時(shí)間灰塵的積累或熱導性的下降，使散熱效果大大降低。同時(shí)，由于加裝高導熱的鋁制散熱片提高了使用成本，增加了體積。

　　本文采用數字溫度傳感器DS1820和單片機，利用溫度補償的原理，使LED工作在安全區邊際，這樣既滿(mǎn)足在安全溫度點(diǎn)內輸出電流，輸出功率工作在額定狀態(tài)且恒定，而且在高于安全溫度點(diǎn)輸出電流按比例下降而進(jìn)行負補償，保證LED使用壽命。

　　1 DS1820簡(jiǎn)述

　　DS1820是Dallas半導體公司的數字化溫度傳感器，它是世界上第一片支持“一線(xiàn)總線(xiàn)”接口的溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等特點(diǎn)，特別適合于構成多點(diǎn)溫度測控系統。圖1為DS1820的內部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線(xiàn)接口、存放中間數據的高速暫存器(內含便箋式RAM)，用于存儲用戶(hù)設定的溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器存儲與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗碼(CRC)發(fā)生器等七部分。

　　2 DS1820溫度控制原理框圖

　　有些照明產(chǎn)品需要一些智能控制，如一些高級路燈的應用，這些系統往往使用單片機對整個(gè)系統進(jìn)行監視和控制。這時(shí)可利用原有的單片機控制系統加入溫度補償功能，即便在惡劣的環(huán)境下，如夏日曝曬，系統內的溫度仍能得到很好的控制?？刂齐娐房驁D如圖2所示。圖2所示溫度檢測部分采用DS1820可以同時(shí)檢測芯片本身溫度，相當于間接檢測PCB溫度，又能檢測遠端三極管溫度，若將三極管與LED一同焊接在鋁基板上便可以檢測鋁基板溫度。DS1820將檢測到的兩種溫度通過(guò)芯片內部的ADC進(jìn)行轉換，將溫度的數字結果通過(guò)I2C總線(xiàn)的SDA數據線(xiàn)和SCL時(shí)鐘線(xiàn)與單片機通信。當單片機接收到鋁基板溫度結果后與預設定的安全溫度點(diǎn)閾值進(jìn)行比對，當溫度過(guò)高時(shí)啟動(dòng)溫度補償程序，通過(guò)PWM1按比例降低LED驅動(dòng)器的輸出電流。單片機同時(shí)監控PCB板溫度，溫度過(guò)高時(shí)通過(guò)PWM2信號線(xiàn)控制風(fēng)扇，對PCB進(jìn)行散熱，確保板上的元器件尤其是電解電容的溫度不會(huì )過(guò)高。

　　這種系統控制極大增強了系統的穩定性，并保證整體系統的使用壽命，實(shí)踐證明系統內部溫度得到很好的控制，但硬件成本較高，適于中高端領(lǐng)域的應用。

　　3 實(shí)際溫度測量電路

　　現用4只DS1820同時(shí)測控4路溫度(視實(shí)際需要還可任意擴展通道數)。如圖3所示。圖中采用C8051F220單片機，其P2．2口接單線(xiàn)總線(xiàn)。為保證在有效的DS1820時(shí)鐘周期內能提供足夠的電流，圖3中采用一個(gè)MOSFET管和C8051F220的p2．1口來(lái)完成對DS1820的總線(xiàn)上拉。為了操作方便，用C8051F220的P2．2口作發(fā)送口Tx，P2．3口作接收口Rx。由于DS1820是單線(xiàn)數字溫度傳感器，只須用它輸出線(xiàn)上的序列號就可以決定要讀哪一個(gè)點(diǎn)上的溫度值，而且它的輸出量本來(lái)就是數字量，所以無(wú)須經(jīng)過(guò)A／D轉換，就可以直接連到單片機上。系統對DS1820和各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行，即：初始化DS1820(發(fā)復位脈沖)→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數據。DS1820輸出量本身就是數字量，它的輸出不需A／D轉換，可直接連接到單片機上。