一種小型探照燈的設(shè)計(jì)

摘要：文章介紹了一種用FP7102芯片設(shè)計(jì)的小型探照燈，詳細(xì)介紹了硬件電路及性能測試數(shù)據(jù)，并給出不同功率LED燈在元器件參數(shù)上的選擇方法。
關(guān)鍵詞：FP7102；探照燈；LED

0 概述
    FP7102芯片設(shè)計(jì)的小型探照燈，所有元器件安放在1×2．7cm的板子上，制作完成后整個(gè)燈可以塞進(jìn)直徑為3cm的管子里，管子長度可以任意長。為了達(dá)到應(yīng)用板小型化，在此設(shè)計(jì)中使用FP7102芯片作為LED的驅(qū)動芯片，電路可靠度高、元件使用精簡、整體高效能運(yùn)作，在應(yīng)用上有很大的彈性空間，可滿足各種功率LED需要。

1 電路介紹
1．1 FP7102芯片
    FP7102是一種采用電壓控制模式的降壓轉(zhuǎn)換IC，用于驅(qū)動高功率LED元件，內(nèi)含2A P-Channel的Power MOS，低的漏極-源極導(dǎo)通電阻可提升系統(tǒng)整體效率，以及低的回授參考電壓0．25V，可降低功率損耗與提升效能，最大占空比可達(dá)100％。不同瓦數(shù)的LED，電流大小也有所不同，可經(jīng)由外部電阻來設(shè)定電流值；在應(yīng)用上還可以通過EN腳來做調(diào)光控(Dimming)，達(dá)到省電模式，IC本身有過電流與過溫保護(hù)功能。其特色包括：最大輸出負(fù)載：2A；高轉(zhuǎn)換效率：90％；回授參考電壓：0．25V；工作頻率：320kHz；最大占空比：100％；過溫保護(hù)和過電流保護(hù)；輸入操作電壓范圍：3．6 to 25V；提供ON／OFF功能；標(biāo)準(zhǔn)SOP8封裝。

    引腳描述如表1所示：

1．2 C1電容的作用
    Cl為濾波電容，將經(jīng)過整流后的脈動直流電源濾波為穩(wěn)定的直流電源。輸入電源是交流電源時(shí)，電容值選用須特別注意，電容太小影響濾波效果，若無法得到穩(wěn)定的直流電源，可能會造成紋波最低點(diǎn)電壓低于LED的導(dǎo)通電壓，使得LED不亮或是平均亮度下降，所以在選用電容值時(shí)必須考慮到LED瓦數(shù)與LED串并聯(lián)數(shù)目，簡單的說，LED瓦數(shù)越大，相對的電容值要越大。
1．3 二極管D1
    當(dāng)NMOS截止時(shí)，D1導(dǎo)通提供電感放電回路。Dl使用1A 40V的蕭特基二極管(MSCDl04)。
1．4 電阻R1、R2、R3
    R2用來設(shè)定LED電流值之回授電阻，R3是預(yù)留用來分散流經(jīng)電阻的電流，增加電阻瓦數(shù)：LED瓦數(shù)不同電流值也會不一樣，設(shè)計(jì)時(shí)不可超過LED最大電流值，否則會導(dǎo)致LED壽命迅速縮短甚至燒毀，電流設(shè)定公式ILED=0．25V／(R2／／R3)。R1、C2是整個(gè)系統(tǒng)的補(bǔ)償回路，關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定度。
1．5 電容C3、C4
    C3、C4用來降低紋波電流，依據(jù)LED電流大小來調(diào)整電容值，但因成本與空間考量，電容的選用也需注意。另外輸入與輸出電容的選擇可依成本空間來決定，鉭電容體積小、容值大，但是價(jià)格較高，適合用于LED電路上，若無空間考慮也可使用成本便宜的電解電容器，相對的體積比鉭電容大很多，元件選用可依設(shè)計(jì)者自行評估與考慮。
1．6 電感L1
    電感L1有儲能與濾波的功用，感抗越大紋波越小，相對的感抗越小紋波越大，選用電感需注意電感是否適合高頻操作，及電感額定飽和電流值。

2 PCB板布線注意點(diǎn)

    (1)大電流路徑需鋪銅，由AC IN到IC VCC Pin，再從SW Pin經(jīng)由蕭特基二極管D1、電感L1、LED+到回授電阻R2與R3。
    (2)開關(guān)切換SW引腳、Dl與L1之間的距離盡量要短，以鋪銅方式連接，減少寄生電感產(chǎn)生的震蕩，對于EMI有所改善。
    (3)為了達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定性，補(bǔ)償電阻R1與電容C2要盡量靠近FP7102芯片的COMP腳，且不要靠近電感L1。
    (4)輸入電容C1盡可能靠近IC VCC Pin腳，IC GNDPin能與輸入輸出電容靠近與共地。
    (5)回授電阻R1與R2，連接到FB Pin距離越短越好。
    (6)板子面積很小，在Layout時(shí)特別注意散熱問題。

3 實(shí)物圖

4 電路效能
    表2為輸入用直流電源，電壓范圍9～15V，從表中可以看出Iout幾乎不因輸入電壓不同而變動，效率為79．75～86．65％，電流精確度0．00～0．28％。(表2的數(shù)值是用1W LED量測)

    圖5～圖8列出了在不同輸入電容值情況下，輸入紋波Vin：CHl與SW：CH2的變化情形，輸入電容值越大輸入電壓紋波越小，圖5中因?yàn)榧y波太大，造成Vin最小值剛好等于LED導(dǎo)通電壓，這時(shí)候PWM全開，如果電容更小時(shí)LED導(dǎo)通電壓不足，造成LED會無法發(fā)亮，圖8中電容用330μF就能讓輸入電壓不會過低。(串聯(lián)3顆1W LED)

5 結(jié)束語
    使用FP7102 LED Driver For MRl6 Lamp可達(dá)到應(yīng)用板小型化、可靠度高、元件使用精簡與整體高效能運(yùn)作，在應(yīng)用上能夠有更大的彈性空間。因?yàn)殡娐钒逍。栽赑CB板布局上要特別注意，高功率的LED本身溫度也很高，在擺放上需注意避免熱源影響到其它元件；輸入輸出電容值，取決于LED電流大小，選用上需特別注意，會影響LED的運(yùn)作效能。