工程師講解：利用LED恒流驅(qū)動(dòng)IC與多諧振蕩器實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光控制

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首先簡(jiǎn)單介紹一下TL4242 500-mA LED 恒流驅(qū)動(dòng)IC（參照TI官網(wǎng)datasheet）

該IC最高能驅(qū)動(dòng)500mA的負(fù)載，并能通過外部電阻來(lái)設(shè)定驅(qū)動(dòng)電流的大小，內(nèi)部具有保護(hù)電路，防止在過載情況下?lián)p壞設(shè)備：過熱保護(hù)，短路保護(hù)，反極性保護(hù)(反向最高能承受45V的電壓)，超溫保護(hù)。該IC能具有PWM調(diào)光輸入功能，可輸入外部輸入PWM調(diào)光脈沖信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)LED負(fù)載的調(diào)光控制。該芯片屬于High side控制方式

該IC在-40℃到150℃溫度條件下正常工作。

簡(jiǎn)單的原理圖如下：

IC的各個(gè)引腳的定義：

NO 1：PWM調(diào)光脈沖信號(hào)輸入引腳，如果不用該功能，將該引腳與NO 8 I 引腳連接。

NO 2：ST ??狀態(tài)輸出。集電極開路輸出。連接到外部上拉電阻器（RPULLUP≥4.7 kΩ）。

NO 3：GND 接地引腳。

NO 4：REF ?參考輸入,連接到分流電阻器。

NO 5：D ??狀態(tài)延遲。要設(shè)置狀態(tài)反應(yīng)延遲，用電容器連接到GND。如果不需要延遲，懸空處理。

NO 6：Q ?? 輸出引腳。

NO 7：N/C

NO 8：I ?? ?輸入引腳，使用100nF陶瓷電容器直接連接到盡可能靠近設(shè)備的GND。

官方建議的參數(shù)設(shè)定值：

VCC 輸入電壓4.5-42V

VST 狀態(tài)ST輸出電壓最高16V

VPWM PWM輸入電壓0-40V

CD 狀態(tài)延遲電容值0-2.2μF

REF 參考電阻阻值0-10Ω

TJ? 芯片TJ正常工作的TJ溫度范圍為-40℃-150℃

功能框圖：

恒流控制原理：

由圖可知，圖中紅框部分為復(fù)合管為NPN型管與PNP型管組成，等效為NPN型三極管，采用復(fù)合管后，在信號(hào)源提供的輸入電流不變的情況下，可以得到高達(dá)幾安的輸出驅(qū)動(dòng)電流，需要注意的是此時(shí)應(yīng)選擇中等功率或者大功率管。該電路控制原理為L(zhǎng)DO控制，屬于線性恒流控制，與一般MOS管做開關(guān)不同的是，該內(nèi)部控制以三極管做開關(guān)對(duì)負(fù)載進(jìn)行控制，與一般的LDO線性控制原理一樣，形成一個(gè)閉環(huán)反饋控制來(lái)保證達(dá)到恒流的目的。

閉環(huán)回路原理圖控制如下：

然后介紹一下TLC555LinCMOS? 計(jì)時(shí)器（參照TI DATASHEET）

使用TLC555定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生PWM脈沖電壓 調(diào)整芯片PWM實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光功能。

TLC555 是一款采用TILinCMOS?工藝制造的單片計(jì)時(shí)電路。該計(jì)時(shí)器與CMOS、TTL 和MOS 邏輯器件

完全兼容，可在高達(dá)2MHz 的頻率下正常工作。由于輸入阻抗較高，此器件可支持比NE555 或LM555 所支持的計(jì)時(shí)電容器更小的計(jì)時(shí)電容器。因此，可實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確的延時(shí)時(shí)間和振蕩。在整個(gè)電源電壓范圍內(nèi)可保持較低功率。

與NE555 類似，TLC555 有一個(gè)約等于電源電壓三分之一的觸發(fā)電平以及一個(gè)約等于電源電壓三分之二的閾

值電平?？墒褂每刂齐妷憾俗?CONT) 來(lái)改變這些電平。當(dāng)觸發(fā)輸入(TRIG) 下降至低于觸發(fā)電平的時(shí)候，觸發(fā)器被設(shè)定并且輸出變?yōu)楦唠娖?。如果TRIG 高于觸發(fā)電平并且閾值輸入(THRES) 在閾值電平之上的話，觸發(fā)器被復(fù)位并且輸出為低電平。復(fù)位輸入(RESET)的優(yōu)先級(jí)高于所有其它輸入并且可被用來(lái)啟動(dòng)一個(gè)新的定時(shí)周期。如果RESET 為低電平，觸發(fā)器被復(fù)位并且輸出為低電平。只要當(dāng)輸出為低電平，在放電端子(DISCH) 和接地(GND) 之間提供一個(gè)低阻抗路徑。所有未用輸入端必須接入合適的邏輯電平以免發(fā)生誤觸發(fā)并持較低功耗。

簡(jiǎn)化的原理圖：

各個(gè)引腳功能定義：

555定時(shí)器的工作原理：

原理圖如下圖所示：

首先為什么它叫做555定時(shí)器呢，是因?yàn)樗鼉?nèi)部存在3個(gè)5K歐姆的電阻，內(nèi)部還包括電壓比較器C1,C2，基本RS觸發(fā)器，放電晶體管T以及緩沖器組成。

3個(gè)電阻分別使高電平比較器C1同相比較端和低電平比較器C2的反相輸入端

的參考電平為2/3Vcc和1/3Vcc。C1和C2的輸出端，控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電

管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)輸入并超過2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出_低電平，同時(shí)放電，開關(guān)管導(dǎo)通;當(dāng)輸入信號(hào)自2腳輸入并低于1/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時(shí)充電，開關(guān)管截止。

RD為復(fù)位輸入端, 當(dāng)RD為低電平時(shí), 不管其它輸入端的狀態(tài)如何,輸出電壓為低電平。

當(dāng)5腳懸空時(shí), 比較器C1和C2的電壓分別為(2/3)VCC和(1/3)VCC。

如果在電壓控制端(5腳)施加一個(gè)外加電壓V(其值在0~VCC之間),比較器C1和C2的電壓分別為V和(1/2)V;

總結(jié)的功能表 如下圖所示：

以上是555定時(shí)器的基本工作原理，接下來(lái)介紹一下555定時(shí)器作為多諧振蕩器來(lái)產(chǎn)生脈沖方波的結(jié)構(gòu)原理：

4引腳為復(fù)位引腳，當(dāng)此引腳接高電平時(shí)定時(shí)器工作，當(dāng)此引腳接地時(shí)芯片復(fù)位，輸出低電平。該多諧振蕩器的4引腳接高電平VCC，定時(shí)器處于工作狀態(tài)，5引腳為比較器控制閥值引腳，接以0.01μF的電容到地，起到濾波的作用，VTR（2）VTH(6)通過定時(shí)電容C接地，同時(shí)通過R2與三極管集電極接在一起，或者是MOS管的源極接在一起。三極管集電極輸出電壓或者是MOS管的源極輸出電壓通過上拉電阻R1與電源VCC接在一起。

接通電源瞬間，定時(shí)電容C上的電壓為0，高電平觸發(fā)端6引腳與低電平觸發(fā)端2引腳的電壓都初始為0，放電管T處于截止的狀態(tài)，這時(shí)候定時(shí)電容C開始充電，高電平觸發(fā)端6引腳與低電平觸發(fā)端2引腳的電壓逐漸升高，

1. ?? ? 在定時(shí)電容C上的電壓沖到2/3VCC之前，高電平觸發(fā)端6引腳上的電壓小于2/3VCC，低電平觸發(fā)端2引腳上的電壓大于1/3VCC時(shí)，繼續(xù)保持之前的狀態(tài)。

2.? ? ? 電容C繼續(xù)充電，當(dāng)定時(shí)電容C上的電壓超過2/3VCC時(shí)，高電平觸發(fā)端6引腳上的電壓大于2/3VCC，低電平觸發(fā)端2引腳上的電壓大于1/3VCC時(shí)

定時(shí)電容上的電壓通過放電管T開始放電。

3. ?? ? 當(dāng)定時(shí)電容放電后電壓小于1/3VCC時(shí)，高電平觸發(fā)端6引腳上的電壓小于于2/3VCC，低電平觸發(fā)端2引腳上的電壓小于1/3VCC時(shí)，T放電管截止。

電路又開始重新開始充放電的過程，如此不斷重復(fù)形成振蕩，在V0端得到連續(xù)的方波，輸出PWM脈沖電壓。

以上就是555定時(shí)器多諧振蕩器最終產(chǎn)生PWM脈沖電壓的全過程。

TI的555定時(shí)器與恒流驅(qū)動(dòng)芯片組成PWM調(diào)光電路如下：

電路很簡(jiǎn)單：

恒流IC：

由于恒流驅(qū)動(dòng)IC沒有升壓功能，所以設(shè)計(jì)時(shí)要注意輸入電壓應(yīng)大于后端LED最大驅(qū)動(dòng)電壓。

LED驅(qū)動(dòng)電流設(shè)定可根據(jù)電流設(shè)定電阻R0來(lái)設(shè)定，該IC芯片VREF典型值為177mV.通過以下公式對(duì)電流進(jìn)行設(shè)定：

IQ,typ = VREF/RREF

555定時(shí)器：

電容C開始充電：TPH=0.7R1*C

電容C放電時(shí)：TPL=0.7R2*C

輸出的電容周期為：T=0.7（R1+R2）C

頻率f=1.43/(R1+R2)C

占空比：R1/(R1+R2)*100%

該文介紹的只是LED調(diào)光控制的一個(gè)很簡(jiǎn)單的應(yīng)用，應(yīng)用了TI的兩個(gè)的IC芯片，參照了TI官網(wǎng)中datasheet中的部分內(nèi)容，具體的詳細(xì)設(shè)計(jì)還需參考TI官方的芯片的datasheet，以及產(chǎn)品的實(shí)際情況，EMC實(shí)驗(yàn)等。內(nèi)容雖然都很簡(jiǎn)單，但卻是一個(gè)很好的設(shè)計(jì)思路，而且也是我很認(rèn)真完成的，如果有不完善的地方希望大家多多包涵，總之希望對(duì)大家有所幫助，歡迎一起交流學(xué)習(xí)。謝謝大家！

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本文系21ic論壇網(wǎng)友火星國(guó)務(wù)卿原創(chuàng)

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