CP2122B1在紅外照明補光系統中的應用

　　一、紅外發(fā)射二極管的驅動需求

　　在隱蔽夜視監(jiān)控系統中，目前大多采用紅外攝像技術。紅外攝像技術可分為被動紅外攝像技術和主動紅外攝像技術。所謂被動紅外攝像技術是利用物質在絕對零度 (-273oC)以上都會發(fā)射紅外光的特性，采用特殊的攝像機可實現對紅外線的捕捉與成像;主動紅外成像技術，即采用紅外輻射“照明”，產生人眼看不見的紅外光，采用普通攝像機捕捉周圍環(huán)境反射回來的紅外光實現成像。采用被動成像技術需要使用造價昂貴的特殊攝像機，而且被動成像技術不能完整的反映周圍環(huán)境狀況，因此在夜視系統中大多采用主動成像技術實現夜間隱蔽拍攝，紅外照明補光系統的可靠性將很大程度上影響監(jiān)控系統在夜間工作的效果。

　　紅外燈按其紅外光輻射機理分為半導體固體發(fā)光(紅外發(fā)射二極管)紅外燈和熱輻射紅外燈兩種。紅外發(fā)射二極管由紅外輻射效率高的材料(常用砷化鎵GaAs) 制成PN 結，外加正向偏壓向PN 結注入電流激發(fā)紅外光，光譜功率分布為中心波長830 -- 950nm，半峰帶寬約40nm 左右，它是窄帶分布，為普通CCD 黑白攝像機可感受的范圍。其最大的優(yōu)點是可以完全無紅暴(采用940～950nm 波長紅外管)或僅有微弱紅暴(紅暴為有可見紅光)，且壽命長;熱輻射紅外燈是利用物體的熱輻射效應，在熱輻射光源中通過加熱燈絲來維持它的溫度，供輻射繼續(xù)不斷的進行，其最大不足之處是包含可見光成份，即有紅暴，且使用壽命短。由于紅外發(fā)射二極管的以上優(yōu)勢，其在紅外照明補光系統中將得到更加廣泛的應用。

　　紅外發(fā)光二極管的紅外輻射功率與正向工作電流成正比，但在接近正向電流的最大額定值時，器件的溫度因電流的熱耗而上升，使光發(fā)射功率下降。紅外二極管電流過小，將影響其輻射功率的發(fā)揮，但工作電流過大將影響其壽命，甚至使紅外二極管燒毀。紅外發(fā)光二極管的伏安特性與普通硅二極管極為相似。當電壓越過正向閾值電壓(約0.8V左右)電流開始流動，而且是一很陡直的曲線，表明其工作電流對工作電壓十分敏感。因此要求工作電壓準確、穩(wěn)定，否則影響輻射功率的發(fā)揮及其可靠性。紅外發(fā)光二極管輻射功率隨環(huán)境溫度的升高(包括其本身的發(fā)熱所產生的環(huán)境溫度升高)會使其輻射功率下降。由于紅外發(fā)光二極管的以上特性，其驅動電路的設計將在很大程度上決定其在紅外照明補光系統中的應用效果。簡單來說，在其電源系統的設計中要控制流過紅外發(fā)射二極管的電流，使其即兼顧亮度和效率。

　　二、傳統的解決方案

　　傳統的解決方案中采用恒壓源來驅動紅外發(fā)射二極管。采用這樣的方式，在電源電壓穩(wěn)定時完全可以滿足要求。然而在實際應用中，由于電網的波動造成恒壓電源的電壓存在較大的波動，進而造成系統不能正常工作，表現如下：

　　電源電壓上升：流過紅外發(fā)射二極管的電流增大，當電流升到接近正向電流的最大額定值時，器件的溫度因電流的熱耗而上升，使光發(fā)射功率下降。如果電流持續(xù)上升，會造成紅外發(fā)射二極管燒毀。

　　電源電壓下降：流過紅外發(fā)射二極管的電流減小。由于紅外發(fā)光二極管的紅外輻射功率與正向工作電流成正比，因此其亮度會大大降低，無法滿足照明補光亮度的需求。

　　顯而易見，采用恒壓輸出的方式驅動紅外發(fā)射二極管，在實際應用中存在明顯不足，無法解決夜間照明補光系統中驅動電路的需求。因此，在紅外照明補光驅動電路設計中，需要滿足在一個較為寬泛的電壓輸入范圍內實現恒流驅動。

　　三、采用CP2122B1的紅外發(fā)射二極管的驅動解決方案

　　對于紅外發(fā)射二極管來說，當電壓越過正向閾值電壓(約0.8V 左右)電流開始流動，而且是一很陡直的曲線，表明其工作電流要求十分敏感。因此要求工作電流準確、穩(wěn)定，否則影響輻射功率的發(fā)揮及其可靠性。輻射功率隨環(huán)境溫度的升高(包括其本身的發(fā)熱所產生的環(huán)境溫度升高)會使其輻射功率下降。因此在紅外發(fā)光二極管的驅動電路中，電流與電壓的控制是特別需要注意的。

　　CP2122B1 是啟攀微電子開發(fā)的一顆高效率，大功率電感升壓型DC/DC 驅動器，該芯片具有電流反饋功能，可實現對流過外部用電器電流的準確控制，即恒流控制，其主要的那個指標如下：

　　1工作電壓范圍: 2.7-5.5V;

　　2效率可高達88%;

　　3 300mV 反饋電壓;

　　4開關管最大驅動能力900mA;

　　5內置過流，過熱保護。

　　因此，CP2122B1 完全可以滿足紅外照明補光系統中電源設計的要求。結合紅外發(fā)射二極管和CP2122B1 的特性，下面給出兩種采用CP2122B1 驅動40 顆紅外發(fā)射二極管的典型電路，當然根據實際應用的不同，CP2122B1 可以驅動更多或更少的紅外發(fā)射二極管。

　　(1)方案一：采用CP2122B1驅動2串x20顆

　　本方案根據日新科技的紅外發(fā)光二極管EDIR9405B1 進行設計，其主要技術指標如下：正向導通電壓 VFTypical = 1.7V @ IF = 60mA。

　　CP2122驅動40個紅外LED燈(2串×20個)

　　在以上方案中，采用R1 實現電流設置，用來設置2 串紅外LED 燈并聯后的總電流IR，R1=Vfb/IR。其中，FB 端的電壓Vfb=300mV。

　　比如，欲使單路LED 燈的電流是60mA，則通過R1 的電流是120mA，此時，R1=300mV/120mA=2.5 歐姆。當單個LED 燈的壓降是1.7V 時，則VOUT=1.7V×20=34V。此時需注意穩(wěn)壓二極管D1 的參數選擇，須滿足負載的最低要求，即通過D1 的電流須大于120mA，同時D1 的耐壓須大于34V;也需要合理的選擇電容CIN 和COUT。(2)方案二：采用CP2122B1驅動4串x10顆

　　本方案根據日新科技的紅外發(fā)光二極管EDIR9405B1 進行設計，其主要技術指標如下：正向導通電壓 VFTypical = 1.7V @ IF = 60mA。

　　在該方案中，采用一個電流設置電阻R1，用來設置4 串紅外LED 燈并聯后的總電流IR，R1=Vfb/IR。其中，FB 端的電壓Vfb=300mV。

　　比如，欲使單路LED 燈的電流是60mA，則通過R1 的電流是240mA，此時，R1=300mV/240mA=1.25 歐姆。當單個LED 燈的壓降是1.7V 時，則VOUT=1.7V×1017V。此時需注意穩(wěn)壓二極管D1 的參數選擇，須滿足負載的最低要求，即通過D1 的電流須大于240mA，同時D1 的耐壓須大于17V;也需要合理的選擇電容CIN 和COUT。

　　四、實際應用

　　以上兩種方案均在實際應用中的到驗證，以上給出的方案可以準確的控制流過LED的電流，使紅外LED 保持正常持續(xù)放光。綜合比較兩個方案，其技術特點如下：

　　方案一的整體驅動電流較小，損失在反饋電阻上的熱功耗較小。但是其需要的工作電壓也相對較高。因此在實際使用中，對于輸入電壓過低(VIN8V)的情況下，轉換效率會有所降低(70%左右)，但是其可以工作在更高的輸入電壓下。

　　方案二的整體驅動電流較大，損失在反饋電阻上的熱功耗較大，但是其需要的工作電壓也相對較低。因此在實際使用中，方案二適用于對于輸入電壓比較低的情況下。

　　另外，由于不同廠家的紅外發(fā)射二極管的技術指標有所差異，因此，在實際應用中，需要根據所選用的紅外LED 的特性進行單串LED 數量的增減和R1 阻值的調整。