基于DS1820的大功率LED驅(qū)動(dòng)溫度補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)

0 前言

　　隨著LED商業(yè)、工業(yè)用途的不斷擴(kuò)展，大功率LED的散熱問(wèn)題成為設(shè)計(jì)應(yīng)用的難題。大多數(shù)LED的驅(qū)動(dòng)電源為不隨溫度變化的恒流源，當(dāng)LED周圍溫度高于安全溫度點(diǎn)時(shí)，工作電流就不在安全區(qū)內(nèi)，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，很多廠商采用傳統(tǒng)的散熱方法，即加裝散熱片。但由于長(zhǎng)時(shí)間灰塵的積累或熱導(dǎo)性的下降，使散熱效果大大降低。同時(shí)，由于加裝高導(dǎo)熱的鋁制散熱片提高了使用成本，增加了體積。

　　本文采用數(shù)字溫度傳感器DS1820和單片機(jī)，利用溫度補(bǔ)償?shù)脑?，使LED工作在安全區(qū)邊際，這樣既滿足在安全溫度點(diǎn)內(nèi)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(fù)補(bǔ)償，保證LED使用壽命。

　　1 DS1820簡(jiǎn)述

　　DS1820是Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器，它是世界上第一片支持“一線總線”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(qiáng)、易配微處理器等特點(diǎn)，特別適合于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)。圖1為DS1820的內(nèi)部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器(內(nèi)含便箋式RAM)，用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗(yàn)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(jí)路燈的應(yīng)用，這些系統(tǒng)往往使用單片機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制。這時(shí)可利用原有的單片機(jī)控制系統(tǒng)加入溫度補(bǔ)償功能，即便在惡劣的環(huán)境下，如夏日曝曬，系統(tǒng)內(nèi)的溫度仍能得到很好的控制。控制電路框圖如圖2所示。圖2所示溫度檢測(cè)部分采用DS1820可以同時(shí)檢測(cè)芯片本身溫度，相當(dāng)于間接檢測(cè)PCB溫度，又能檢測(cè)遠(yuǎn)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(cè)鋁基板溫度。DS1820將檢測(cè)到的兩種溫度通過(guò)芯片內(nèi)部的ADC進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將溫度的數(shù)字結(jié)果通過(guò)I2C總線的SDA數(shù)據(jù)線和SCL時(shí)鐘線與單片機(jī)通信。當(dāng)單片機(jī)接收到鋁基板溫度結(jié)果后與預(yù)設(shè)定的安全溫度點(diǎn)閾值進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)啟動(dòng)溫度補(bǔ)償程序，通過(guò)PWM1按比例降低LED驅(qū)動(dòng)器的輸出電流。單片機(jī)同時(shí)監(jiān)控PCB板溫度，溫度過(guò)高時(shí)通過(guò)PWM2信號(hào)線控制風(fēng)扇，對(duì)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(tǒng)控制極大增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并保證整體系統(tǒng)的使用壽命，實(shí)踐證明系統(tǒng)內(nèi)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(yīng)用。

　　3 實(shí)際溫度測(cè)量電路

　　現(xiàn)用4只DS1820同時(shí)測(cè)控4路溫度(視實(shí)際需要還可任意擴(kuò)展通道數(shù))。如圖3所示。圖中采用C8051F220單片機(jī)，其P2．2口接單線總線。為保證在有效的DS1820時(shí)鐘周期內(nèi)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(duì)DS1820的總線上拉。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是單線數(shù)字溫度傳感器，只須用它輸出線上的序列號(hào)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(shù)字量，所以無(wú)須經(jīng)過(guò)A／D轉(zhuǎn)換，就可以直接連到單片機(jī)上。系統(tǒng)對(duì)DS1820和各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行，即：初始化DS1820(發(fā)復(fù)位脈沖)→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù)。DS1820輸出量本身就是數(shù)字量，它的輸出不需A／D轉(zhuǎn)換，可直接連接到單片機(jī)上。

　　4 軟件設(shè)計(jì)

　　無(wú)論是單點(diǎn)還是多點(diǎn)溫度檢測(cè)，在系統(tǒng)安裝及工作之前，應(yīng)將主機(jī)逐個(gè)與DS1820掛接，讀出其序列號(hào)。其工作過(guò)程為：主機(jī)Tx發(fā)一個(gè)脈沖，待“0”電平大于480 μs后，復(fù)位DS1820，待DS1820所發(fā)響應(yīng)脈沖由主機(jī)Rx接收后，主機(jī)Tx再發(fā)讀ROM命令代碼33H(低位在前)，然后發(fā)一個(gè)脈沖(15 μs)并接著讀取DS1820序列號(hào)的一位。用同樣方法讀取序列號(hào)的56位。對(duì)于圖3系統(tǒng)的DS1820操作，它分三步完成：a．系統(tǒng)通過(guò)反復(fù)操作，搜索DS1820序列號(hào)；b．啟動(dòng)所有在線DS1820做溫度A／D變換；c．逐個(gè)讀出在線DS1820變換后的溫度數(shù)據(jù)。

　　　本文采用單片機(jī)及DS1820溫度傳感器設(shè)計(jì)的多點(diǎn)溫度測(cè)量電路在大功率LED驅(qū)動(dòng)電路溫度測(cè)量中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，其溫度測(cè)量效果良好。