基于BTS629的自動(dòng)調光裝置的設計實(shí)現

在世界能源越來(lái)越匱乏的今天，節能顯得尤為重要。如果建筑物內照明燈具、街道路燈、汽車(chē)行駛照明燈等照明系統，能夠根據環(huán)境自然光照強度自動(dòng)調節其功率，則將會(huì )帶來(lái)巨大的節能效益。例如，當環(huán)境自然光強烈時(shí)減小燈具的功率；當光強較弱時(shí)增大其功率。然而，若依靠人工實(shí)現這種調節將會(huì )帶來(lái)增加人力成本，調節滯后，不夠精確靈敏等諸多不便。另外，在汽車(chē)燈光照明應用中，駕駛員在行駛中開(kāi)關(guān)汽車(chē)行駛照明燈，容易使注意力分散而造成道路交通事故。為此，在建筑、街道、汽車(chē)等的照明系統中采用自動(dòng)調光技術(shù)既能節約大量能源，又可以減少人力投人，快捷靈敏，尤其在汽車(chē)上得到應用可使駕駛員集中注意力，從而利于避免交通事故的發(fā)生。

1 BTS629集成IC的自動(dòng)調光工作原理

BTS629是西門(mén)子公司研制生產(chǎn)的一款采用脈寬調制(PWM)技術(shù)對照明燈具及LED的功率進(jìn)行連續控制的集成電路，具有欠壓、過(guò)壓自動(dòng)停機，過(guò)載及溫度超限自動(dòng)保護，靜電泄放(ESD)及射頻干擾(RFI)最小化功能特點(diǎn)；控制應用外圍電路簡(jiǎn)單容易操作，特別適合于燈光自動(dòng)調節的應用需求。 BTS629的自動(dòng)調光應用原理框圖如圖1所示。

內部主要包括時(shí)鐘發(fā)生器、脈寬比較器、邏輯電路、限流電路和電力場(chǎng)效應晶體管(P-MOSFET)，輔助部分有過(guò)／欠壓檢測(Over／Under Voltage Detection)、過(guò)壓保護(Overvoltage Protection)、溫度檢測和用于輸出參考電壓的電壓調節模塊。時(shí)鐘波形序列和由IC外部提供的比較電壓VC(PIN2腳)輸入脈寬比較器，經(jīng)過(guò)脈寬調制產(chǎn)生與輸入比較電壓VC保持同步變化的等幅不等寬脈沖序列，即PWM波。該PWM波與過(guò)／欠壓檢測和溫度傳感信號一起提供給邏輯控制電路，產(chǎn)生控制 P-MOSFET門(mén)極導通與關(guān)斷的開(kāi)關(guān)信號。整個(gè)電路的工作過(guò)程是：當輸入比較電壓VC增大時(shí)，PWM波的占空比增大，每個(gè)開(kāi)關(guān)周期管子的導通時(shí)間增加，主電路輸出的平均電壓增大；反之，主電路輸出的平均電壓減??；當發(fā)生欠／過(guò)壓或過(guò)載溫度升高時(shí)，由控制邏輯電路自動(dòng)減小脈寬以保護電路。
PWM調制技術(shù)基于采樣控制理論的沖量等效原理：即沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節上時(shí)產(chǎn)生的效果相同，如圖2所示。將圖2(a)中正弦半波在時(shí)間上7等分，每一段記為T(mén)PWMi，則每一段正弦脈沖波形的沖量Ii(面積)各不相同，若在TPWMi段的中心處生成一個(gè)幅度相同的矩形脈沖，且使該等幅矩形脈沖序列符合2個(gè)條件：

(1)其每個(gè)脈沖與對應的正弦分段脈沖的沖量Ii相等；

(2)矩形脈沖序列足夠高，以使得各個(gè)脈沖在TPWMi的中心處互不重疊，則可得到圖2(b)所示的等幅矩形脈沖序列，該序列每個(gè)脈沖的周期均為 TPWM，而脈沖寬度各不相同。這種方法稱(chēng)為脈寬調制技術(shù)，該方法得到的脈沖系列稱(chēng)PWM波。那么根據沖量等效原理可知，該PWM波與正弦半波相同，若以此波的脈沖作為全控型開(kāi)關(guān)管的門(mén)極控制信號則可方便地得到所需波形的功率形式。

如圖3所示電路，以鋸齒波和直流電壓信號作為比較器的輸入信號，經(jīng)過(guò)比較輸出PWM波，其脈沖序列的周期TPWM與鋸齒波的周期TSAW相等，而每個(gè)脈沖的寬度ton與直流電壓信號的幅值Vin成正比；由于直流信號幅值Vin不變，所以所有的脈沖寬度ton亦保持不變，將寬度與周期的比值記為占空比D= ton／TPWM，則有Uo=DUIN。由此可見(jiàn)，若增大Vin，則D隨之增大，從而電路輸出電壓Uo亦增大。

圖1中系統的開(kāi)關(guān)周期TPWM由時(shí)鐘發(fā)生器電路產(chǎn)生的時(shí)鐘波形周期決定，可通過(guò)PIN5腳外接編程電容Ct進(jìn)行設定，對于BTS629和BTS629A兩種型號的Ct分別取47 nF和68 nF。該開(kāi)關(guān)頻率編程電容一旦選定，則TPWM即可確定。從PIN7腳輸出的電壓UOUT由PIN2腳輸入的比較電壓VC決定，而PIN7的電流則基本保持不變，從而改變系統的輸出功率P，以實(shí)現燈具調光作用。

2 基于集成IC BTS629的自動(dòng)調光電路設計

在實(shí)際應用中，可根據控制應用的需求靈活選擇PIN2 腳比較電壓VC的輸入方式。為了實(shí)現自動(dòng)調光功能，該設計中采用光敏電阻RO和固定電阻R1，并接在參考電壓Vref(PIN3)腳和地之間，以光敏電阻的壓降作為比較電壓VC輸入PIN2，如圖1所示。光敏電阻是用光電導體制成的光電器件，又稱(chēng)光導管，其基于光電效應工作，沒(méi)有極性，使用時(shí)等同于電阻器。工作原理是：當無(wú)光照射時(shí)，光敏電阻值(暗電流)很大，電路中電流很??；當光敏電阻受到一定波長(cháng)范圍的光照時(shí)，其電阻值(亮電流)急劇減少，因此電路中電流迅速增加。電路中Vref保持不變，這使得電阻R1上的電壓降隨著(zhù)光照的強弱變化呈現正特性變化，則取自光敏電阻RO，兩端的比較電壓VC隨著(zhù)光照的強弱變化呈現出負特性，即當光照度強烈時(shí)，RO電阻值減小，比較電壓VC亦減??；當光照度變弱時(shí)，RO電阻值增大，比較電壓VC亦增大。由此可使由比較電壓VC控制的輸出電壓UO隨著(zhù)光照的強弱變化亦呈現出負特性，從而控制照明燈具獲得隨光照強弱呈反向變化的功率以實(shí)現自動(dòng)調光：即當光照度強烈時(shí)照明燈具功率降低，當光照度變弱時(shí)照明燈具功率增大。

BTS629的工作電壓(PIN4-GND)在5．5～16．9 V之間，負載電流(PIN4～PIN7)理論值最大為14 A，輸出參考電壓Vref=2．5 V，占空比變化范圍在8 %～98％之間。該設計中供電電源為直流12 V，則負載獲得電壓變化范圍在O．96～11．76 V之間變化，也即當完全無(wú)光照射和自然光照射時(shí)分別輸出0．96 V和11．76 V；而光敏電阻在無(wú)光照射和自然光照射時(shí)的阻值分別為100 kΩ和100 Ω。為了使VC在8％Vref～98％Vref范圍內變化，確保D98％，取R1=2．2 kΩ；則當光照度達到最強時(shí)，Ro=100 Ω，對應的D值為4％由BTS629的自動(dòng)保護而關(guān)閉，此時(shí)Uo接近于0V而關(guān)閉照明燈具。

3 結語(yǔ)

利用BTS629構成的PWM自動(dòng)功率連續控制電路可靈活構成自動(dòng)調光裝置，該裝置可廣泛應用于建筑、街道、汽車(chē)等照明應用場(chǎng)合，控制應用電路簡(jiǎn)單可靠，節能效果顯著(zhù)。