一種基于結(jié)溫保護(hù)的LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

引腳定義：
SW：內(nèi)部MOS管輸出端，一般需外接一個(gè)電感和一個(gè)肖特基二極管；
BOOT：內(nèi)部MOS管啟動(dòng)引腳，一般用一個(gè)10nF電容與SW端相連；
DIM：PWM調(diào)光輸入端，通過(guò)輸入不同占空比的PWM信號(hào)，可調(diào)整輸出的平均功率；
GND：接地端；
CS：反饋引腳，用于設(shè)置恒流值；
RON：在線控制端，該引腳接地可使芯片停止工作并處于低功耗狀態(tài)；
VCC：供電引腳，該端由芯片內(nèi)部提供一個(gè)7V電壓，應(yīng)用時(shí)接一個(gè)濾波電容到地；
VIN：輸入端，電壓范圍6～42V，對(duì)于LM3404H范圍為6～75V。
LM3404應(yīng)用十分簡(jiǎn)單，一個(gè)用LM3404的典型應(yīng)用如圖6所示。

圖中，Rsns為取樣電阻，可根據(jù)設(shè)計(jì)恒流值確定；Ron一般選用100k左右的電阻；可決定開關(guān)頻率；L1為輸出電感，可根據(jù)設(shè)計(jì)紋波及開關(guān)頻率等參數(shù)確定。

3 基于結(jié)溫保護(hù)的LED電源設(shè)計(jì)
基于結(jié)溫保護(hù)的LED驅(qū)動(dòng)電路關(guān)鍵在于結(jié)溫檢測(cè)和如何保護(hù)。根據(jù)上述結(jié)溫與LED正向電壓的關(guān)系，測(cè)量LED光源的正向電壓即可確定結(jié)溫，但一般LED恒流驅(qū)動(dòng)電路的紋波較大，為避免誤保護(hù)，檢測(cè)電路必須要對(duì)測(cè)量值進(jìn)行濾波。另一方面，當(dāng)結(jié)溫超過(guò)設(shè)定值時(shí)的保護(hù)措施，如能使光源降低功率工作，整個(gè)燈具降級(jí)運(yùn)行，是較為合理的方案。采用帶模擬輸入的低功耗的單片機(jī)，可以對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波，并通過(guò)PWM輸出控制驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)LED光源功率，可簡(jiǎn)化檢測(cè)電路和控制電路的設(shè)計(jì)。
Microchip公司PIC12F675具有可編程的4通道模擬量輸入、10位分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換的低功耗在線可編程的單片機(jī)，其內(nèi)置看門狗、4MHz振蕩器、128字節(jié)EEPROM，單字節(jié)指令系統(tǒng)，8腳封裝。是一款簡(jiǎn)單實(shí)用的、性價(jià)比較高的單片機(jī)。將LED光源的正向電壓經(jīng)取樣后接入PIC12F675的模擬輸入端，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換、去除粗大誤差、取多個(gè)數(shù)據(jù)的均值作為結(jié)溫判斷依據(jù)，輸出PWM信號(hào)對(duì)恒流驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行控制，以達(dá)到調(diào)節(jié)輸出功率的效果。此外，根據(jù)測(cè)量值還可以進(jìn)行開路判斷，從而也簡(jiǎn)化了開路保護(hù)電路。
仍以光源部分由4并6串中功率LED芯片組成的筒燈為例，設(shè)計(jì)恒流值為600mA，結(jié)溫保護(hù)點(diǎn)為80℃左右，根據(jù)式(1)得出其光源電壓保護(hù)點(diǎn)為18．68V，即光源兩端的電壓低于18．68V時(shí)，LED結(jié)溫會(huì)超過(guò)80℃，此時(shí)驅(qū)動(dòng)應(yīng)采取保護(hù)措施。由LM3404和PIC12F675組成的基于結(jié)溫保護(hù)的LED電源電路原理圖如圖7所示。

原理圖中，CX1、L1、L2組成輸入EMC濾波電路，經(jīng)AC／DC轉(zhuǎn)換輸出24V直流，如為電池供電的應(yīng)急照明、太陽(yáng)能照明、及車載照明等應(yīng)用時(shí)，則該部分省略。R1、LM3404、C4、D1、L3、R7組成典型的恒流驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)于4并6串的LED中功率芯片組成的光源模塊，取樣電阻為0.39 Ω。R2、R3、R4與LM431組成穩(wěn)壓電路，為PIC12F675提供穩(wěn)定的5V電源和內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換的電壓基準(zhǔn)。LM3404的輸出經(jīng)R5、R6分壓后輸入PIC12F6 75的模擬端口AN2，PIC12F675經(jīng)內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換、計(jì)算獲取LED光源的正向電壓，根據(jù)設(shè)定值程序產(chǎn)生PWM信號(hào)，通過(guò)GP4引腳接入LM3404的DIM端對(duì)其輸出功率進(jìn)行調(diào)整。
PIC12F675初始設(shè)置GP4輸出高電平，如測(cè)得LED正向電壓在合理范圍內(nèi)，則維持高電平輸出使LM3404正常工作；如LED正向電壓逐漸變低并低于設(shè)定值18．68V，則在GP4引腳輸出PWM信號(hào)，其占空比可依次降低，直至LED正向電壓低于設(shè)定值。當(dāng)測(cè)得LED正向電壓很高時(shí)可判定輸出開路，PIC12F675可輸出低電平關(guān)閉LM3404的輸出。
需要指出的是，輸出電壓取樣包含了用于LM3404恒流控制的電流取樣電壓約0．23V，在PIC12F675的計(jì)算程序中應(yīng)予以調(diào)整。PIC12F675的程序框圖見圖8。

4 結(jié)語(yǔ)
對(duì)于由4并6串中功率LED組成的12W筒燈，在采用上述驅(qū)動(dòng)方案的試驗(yàn)中，人為向散熱外殼吹熱風(fēng)或光源與散熱外殼接觸脫離時(shí)，LED光源將迅速變暗，光源基板溫度隨之下降，有效地保護(hù)了光源本身。當(dāng)使燈具恢復(fù)正常狀態(tài)后，LED光源亮度也很快恢復(fù)正常。
實(shí)際應(yīng)用中，結(jié)溫超出設(shè)定值的原因很多，如惡劣的環(huán)境、散熱器接觸問(wèn)題、或在強(qiáng)制風(fēng)冷條件下的風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)等。結(jié)溫升高將導(dǎo)致LED光源的正向電壓下降，特別在光源由多個(gè)LED串聯(lián)的情況下，下降幅度十分明顯。通過(guò)檢測(cè)LED光源正向電壓的方法，間接測(cè)量結(jié)溫，并應(yīng)用單片機(jī)調(diào)節(jié)LED光源的功率，可大大提高整體燈具的可靠性和壽命。此外，基于結(jié)溫保護(hù)的LED電源由于利用單片機(jī)進(jìn)行控制，很容易擴(kuò)展其它功能。如作為路燈，可通過(guò)編程使后半夜降低功率運(yùn)行，從而進(jìn)一步節(jié)能和延長(zhǎng)燈具壽命；加入其它傳感器，可實(shí)現(xiàn)按需照明；加入遠(yuǎn)程通訊模塊，可以使燈具組成智能控制網(wǎng)絡(luò)等等。