基于DS182O的大功率LED设计

0 前言
     随着LED商业、工业用途的不断扩展，大功率LED的散热问题成为设计应用的难题。大多数LED的驱动电源为不随温度变化的恒流源，当LED周围温度高于安全温度点时，工作电流就不在安全区内，这将大大缩短LED的使用寿命甚至引起直接损坏。为解决这一问题，很多厂商采用传统的散热方法，即加装散热片。但由于长时间灰尘的积累或热导性的下降，使散热效果大大降低。同时，由于加装高导热的铝制散热片提高了使用成本，增加了体积。
     本文采用数字温度传感器DS1820和单片机，利用温度补偿的原理，使LED工作在安全区边际，这样既满足在安全温度点内输出电流，输出功率工作在额定状态且恒定，而且在高于安全温度点输出电流按比例下降而进行负补偿，保证LED使用寿命。

1 DS1820简述
     DS1820是Dallas半导体公司的数字化温度传感器，它是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等特点，特别适合于构成多点温度测控系统。图1为DS1820的内部框图，它主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光ROM单线接口、存放中间数据的高速暂存器(内含便笺式RAM)，用于存储用户设定的温度上下限值的TH和TL触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码(CRC)发生器等七部分。
   
   
       2 DS1820温度控制原理框图
     有些照明产品需要一些智能控制，如一些高级路灯的应用，这些系统往往使用单片机对整个系统进行监视和控制。这时可利用原有的单片机控制系统加入温度补偿功能，即便在恶劣的环境下，如夏日曝晒，系统内的温度仍能得到很好的控制。控制电路框图如图2所示。图2所示温度检测部分采用DS1820可以同时检测芯片本身温度，相当于间接检测PCB温度，又能检测远端三极管温度，若将三极管与LED一同焊接在铝基板上便可以检测铝基板温度。DS1820将检测到的两种温度通过芯片内部的ADC进行转换，将温度的数字结果通过I2C总线的SDA数据线和SCL时钟线与单片机通信。当单片机接收到铝基板温度结果后与预设定的安全温度点阈值进行比对，当温度过高时启动温度补偿程序，通过PWM1按比例降低LED驱动器的输出电流。单片机同时监控PCB板温度，温度过高时通过PWM2信号线控制风扇，对PCB进行散热，确保板上的元器件尤其是电解电容的温度不会过高。
   
   
   
     这种系统控制极大增强了系统的稳定性，并保证整体系统的使用寿命，实践证明系统内部温度得到很好的控制，但硬件成本较高，适于中高端领域的应用。
3 实际温度测量电路
     现用4只DS1820同时测控4路温度(视实际需要还可任意扩展通道数)。如图3所示。图中采用C8051F220单片机，其P2．2口接单线总线。为保证在有效的DS1820时钟周期内能提供足够的电流，图3中采用一个MOSFET管和C8051F220的p2．1口来完成对DS1820的总线上拉。为了操作方便，用C8051F220的P2．2口作发送口Tx，P2．3口作接收口Rx。由于DS1820是单线数字温度传感器，只须用它输出线上的序列号就可以决定要读哪一个点上的温度值，而且它的输出量本来就是数字量，所以无须经过A／D转换，就可以直接连到单片机上。系统对DS1820和各种操作必须按协议进行，即：初始化DS1820(发复位脉冲)→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。DS1820输出量本身就是数字量，它的输出不需A／D转换，可直接连接到单片机上。
   
       4 软件设计
     无论是单点还是多点温度检测，在系统安装及工作之前，应将主机逐个与DS1820挂接，读出其序列号。其工作过程为：主机Tx发一个脉冲，待“0”电平大于480 μs后，复位DS1820，待DS1820所发响应脉冲由主机Rx接收后，主机Tx再发读ROM命令代码33H(低位在前)，然后发一个脉冲(15 μs)并接着读取DS1820序列号的一位。用同样方法读取序列号的56位。对于图3系统的DS1820操作，它分三步完成：a．系统通过反复操作，搜索DS1820序列号；b．启动所有在线DS1820做温度A／D变换；c．逐个读出在线DS1820变换后的温度数据。
     程序的主流程图如图4所示。
     本文采用单片机及DS1820温度传感器设计的多点温度测量电路在大功率LED驱动电路温度测量中进行实验，结果表明，其温度测量效果良好。