基于DS182O的大功率LED驅(qū)動溫度補償電路設(shè)計

摘要：闡述了大功率LED驅(qū)動電路工作的特點，溫度補償電路的工作原理及其作用，設(shè)計了采用C8051F220單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，應(yīng)甩DS1820溫度傳感器對LED工作溫度進(jìn)行測量補償?shù)膽?yīng)用電路。
關(guān)鍵詞：LED；溫度補償；DS1820；單片機(jī)

0 前言
    隨著LED商業(yè)、工業(yè)用途的不斷擴(kuò)展，大功率LED的散熱問題成為設(shè)計應(yīng)用的難題。大多數(shù)LED的驅(qū)動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時，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。但由于長時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，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)，利用溫度補償?shù)脑恚筁ED工作在安全區(qū)邊際，這樣既滿足在安全溫度點內(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輸出電流按比例下降而進(jìn)行負(fù)補償，保證LED使用壽命。

1 DS1820簡述
    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、易配微處理器等特點，特別適合于構(gòu)成多點溫度測控系統(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)，用于存儲用戶設(shè)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(yīng)用，這些系統(tǒng)往往使用單片機(jī)對整個系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制。這時可利用原有的單片機(jī)控制系統(tǒng)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(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所示溫度檢測部分采用DS1820可以同時檢測芯片本身溫度，相當(dāng)于間接檢測PCB溫度，又能檢測遠(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鋁基板溫度。DS1820將檢測到的兩種溫度通過芯片內(nèi)部的ADC進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將溫度的數(shù)字結(jié)果通過I2C總線的SDA數(shù)據(jù)線和SCL時鐘線與單片機(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)定的安全溫度點閾值進(jìn)行比對，當(dāng)溫度過高時啟動溫度補償程序，通過PWM1按比例降低LED驅(qū)動器的輸出電流。單片機(jī)同時監(jiān)控PCB板溫度，溫度過高時通過PWM2信號線控制風(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過高。

    這種系統(tǒng)控制極大增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并保證整體系統(tǒng)的使用壽命，實踐證明系統(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 實際溫度測量電路
    現(xiàn)用4只DS1820同時測控4路溫度(視實際需要還可任意擴(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時鐘周期內(nèi)能提供足夠的電流，圖3中采用一個MOSFET管和C8051F220的p2．1口來完成對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就可以決定要讀哪一個點上的溫度值，而且它的輸出量本來就是數(shù)字量，所以無須經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換，就可以直接連到單片機(jī)上。系統(tǒng)對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
    無論是單點還是多點溫度檢測，在系統(tǒng)安裝及工作之前，應(yīng)將主機(jī)逐個與DS1820掛接，讀出其序列號。其工作過程為：主機(jī)Tx發(fā)一個脈沖，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)一個脈沖(15 μs)并接著讀取DS1820序列號的一位。用同樣方法讀取序列號的56位。對于圖3系統(tǒng)的DS1820操作，它分三步完成：a．系統(tǒng)通過反復(fù)操作，搜索DS1820序列號；b．啟動所有在線DS1820做溫度A／D變換；c．逐個讀出在線DS1820變換后的溫度數(shù)據(jù)。
    程序的主流程圖如圖4所示。

    本文采用單片機(jī)及DS1820溫度傳感器設(shè)計的多點溫度測量電路在大功率LED驅(qū)動電路溫度測量中進(jìn)行實驗，結(jié)果表明，其溫度測量效果良好。