余金棟　巫　莉

摘 要:為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)光,簡(jiǎn)要分析BTS629電路,并采用脈寬調(diào)制技術(shù)(PWM)對(duì)照明燈具及LED的功率進(jìn)行連續(xù)控制以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)光的工作原理。應(yīng)用該IC芯片和光敏電阻設(shè)計(jì)了能夠?qū)崿F(xiàn)燈光自動(dòng)調(diào)節(jié)的電路,并通過(guò)實(shí)測(cè)光敏電阻參數(shù)給出調(diào)光比較電位設(shè)計(jì)的方法。該裝置可廣泛應(yīng)用于建筑、街道、汽車(chē)等照明應(yīng)用場(chǎng)合,節(jié)能效果顯著。

關(guān)鍵詞:節(jié)能;交通事故;自動(dòng)調(diào)光;脈寬調(diào)制;BTS629

中圖分類(lèi)號(hào):TP368.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1004-373X(2009)10-156-02

Design and Implementation of Automatic Dimming Device Based on BTS629

YU Jindong,WU Li

(Guangdong Construction Vocational Institute,Guangzhou,510450,China)

Abstract:To achieve automatic dimming,giving a brief analysis of automatic dimming principle of BTS629 by using PWM technology to achieve continuous control for power on lamp or LED lighting,then using this IC chip to design an automatic adjustment device for light by adding a photosensitive resistance to it,and comparing voltage design calculation method for dimming through measuring the photosensitive resistance.The device can be widely used for lighting applications in buildings,streets,and mobiles,which can bring energy-saving effect significantly.

Keywords:energy-saving;traffic accident;automatic dimming;PWM;BTS629

0 引 言

在世界能源越來(lái)越匱乏的今天,節(jié)能顯得尤為重要。如果建筑物內(nèi)照明燈具、街道路燈、汽車(chē)行駛照明燈等照明系統(tǒng),能夠根據(jù)環(huán)境自然光照強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)其功率,則將會(huì)帶來(lái)巨大的節(jié)能效益。例如,當(dāng)環(huán)境自然光強(qiáng)烈時(shí)減小燈具的功率;當(dāng)光強(qiáng)較弱時(shí)增大其功率。然而,若依靠人工實(shí)現(xiàn)這種調(diào)節(jié)將會(huì)帶來(lái)增加人力成本,調(diào)節(jié)滯后,不夠精確靈敏等諸多不便。另外,在汽車(chē)燈光照明應(yīng)用中,駕駛員在行駛中開(kāi)關(guān)汽車(chē)行駛照明燈,容易使注意力分散而造成道路交通事故。為此,在建筑、街道、汽車(chē)等的照明系統(tǒng)中采用自動(dòng)調(diào)光技術(shù)既能節(jié)約大量能源,又可以減少人力投入,快捷靈敏,尤其在汽車(chē)上得到應(yīng)用可使駕駛員集中注意力,從而利于避免交通事故的發(fā)生。

1 BTS629集成IC的自動(dòng)調(diào)光工作原理

BTS629是西門(mén)子公司研制生產(chǎn)的一款采用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)對(duì)照明燈具及LED的功率進(jìn)行連續(xù)控制的集成電路,具有欠壓、過(guò)壓自動(dòng)停機(jī),過(guò)載及溫度超限自動(dòng)保護(hù),靜電泄放(ESD)及射頻干擾(RFI)最小化功能特點(diǎn);控制應(yīng)用外圍電路簡(jiǎn)單容易操作,特別適合于燈光自動(dòng)調(diào)節(jié)的應(yīng)用需求。BTS629的自動(dòng)調(diào)光應(yīng)用原理框圖如圖1所示。

內(nèi)部主要包括時(shí)鐘發(fā)生器、脈寬比較器、邏輯電路、限流電路和電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(P-MOSFET),輔助部分有過(guò)/欠壓檢測(cè)(Over/Under Voltage Detection)、過(guò)壓保護(hù)(Overvoltage Protection)、溫度檢測(cè)和用于輸出參考電壓的電壓調(diào)節(jié)模塊。時(shí)鐘波形序列和由IC外部提供的比較電壓V_C(PIN2腳)輸入脈寬比較器,經(jīng)過(guò)脈寬調(diào)制產(chǎn)生與輸入比較電壓V_C保持同步變化的等幅不等寬脈沖序列,即PWM波。該P(yáng)WM波與過(guò)/欠壓檢測(cè)和溫度傳感信號(hào)一起提供給邏輯控制電路,產(chǎn)生控制P-MOSFET門(mén)極導(dǎo)通與關(guān)斷的開(kāi)關(guān)信號(hào)。整個(gè)電路的工作過(guò)程是:當(dāng)輸入比較電壓V_C增大時(shí),PWM波的占空比增大,每個(gè)開(kāi)關(guān)周期管子的導(dǎo)通時(shí)間增加,主電路輸出的平均電壓增大;反之,主電路輸出的平均電壓減小;當(dāng)發(fā)生欠/過(guò)壓或過(guò)載溫度升高時(shí),由控制邏輯電路自動(dòng)減小脈寬以保護(hù)電路[1]。

PWM調(diào)制技術(shù)基于采樣控制理論的沖量等效原理:即沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)產(chǎn)生的效果相同,如圖2所示。將圖2(a)中正弦半波在時(shí)間上7等分,每一段記為T(mén)_PWMi,則每一段正弦脈沖波形的沖量I_i(面積)各不相同,若在T_PWMi段的中心處生成一個(gè)幅度相同的矩形脈沖,且使該等幅矩形脈沖序列符合2個(gè)條件:

(1) 其每個(gè)脈沖與對(duì)應(yīng)的正弦分段脈沖的沖量I_i相等;

(2) 矩形脈沖序列足夠高,以使得各個(gè)脈沖在T_PWMi的中心處互不重疊,則可得到圖2(b)所示的等幅矩形脈沖序列,該序列每個(gè)脈沖的周期均為T(mén)_PWMW,而脈沖寬度各不相同。這種方法稱(chēng)為脈寬調(diào)制技術(shù),該方法得到的脈沖系列稱(chēng)PWM波。那么根據(jù)沖量等效原理可知,該P(yáng)WM波與正弦半波相同,若以此波的脈沖作為全控型開(kāi)關(guān)管的門(mén)極控制信號(hào)則可方便地得到所需波形的功率形式。

如圖3所示電路,以鋸齒波和直流電壓信號(hào)作為比較器的輸入信號(hào),經(jīng)過(guò)比較輸出PWM波,其脈沖序列的周期T_PWMW與鋸齒波的周期T_SAW相等,而每個(gè)脈沖的寬度ton與直流電壓信號(hào)的幅值Vin成正比;由于直流信號(hào)幅值Vin不變,所以所有的脈沖寬度ton亦保持不變,將寬度與周期的比值記為占空比D=ton/T_PWMW,則有UO=DUIN。由此可見(jiàn),若增大Vin,則D隨之增大,從而電路輸出電壓UO亦增大。

圖1中系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)周期T_PWMW由時(shí)鐘發(fā)生器電路產(chǎn)生的時(shí)鐘波形周期決定,可通過(guò)PIN5 腳外接編程電容Ct進(jìn)行設(shè)定,對(duì)于BTS629和BTS629A兩種型號(hào)的Ct分別取47 nF和68 nF。該開(kāi)關(guān)頻率編程電容一旦選定,則T_PWMW即可確定。從PIN7腳輸出的電壓UOUT由PIN2腳輸入的比較電壓V_C決定,而PIN7的電流則基本保持不變,從而改變系統(tǒng)的輸出功率P,以實(shí)現(xiàn)燈具調(diào)光作用。

2 基于集成IC BTS629的自動(dòng)調(diào)光電路設(shè)計(jì)

在實(shí)際應(yīng)用中,可根據(jù)控制應(yīng)用的需求靈活選擇PIN2腳比較電壓V_C的輸入方式。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)光功能,該設(shè)計(jì)中采用光敏電阻RO和固定電阻R1,并接在參考電壓V_ref(PIN3)腳和地之間,以光敏電阻的壓降作為比較電壓V_C輸入PIN2,如圖1所示。光敏電阻是用光電導(dǎo)體制成的光電器件,又稱(chēng)光導(dǎo)管,其基于光電效應(yīng)工作,沒(méi)有極性,使用時(shí)等同于電阻器。工作原理是:當(dāng)無(wú)光照射時(shí),光敏電阻值(暗電流)很大,電路中電流很小;當(dāng)光敏電阻受到一定波長(zhǎng)范圍的光照時(shí),其電阻值(亮電流)急劇減少,因此電路中電流迅速增加。電路中V_ref保持不變,這使得電阻R1上的電壓降隨著光照的強(qiáng)弱變化呈現(xiàn)正特性變化,則取自光敏電阻RO兩端的比較電壓V_C隨著光照的強(qiáng)弱變化呈現(xiàn)出負(fù)特性,即當(dāng)光照度強(qiáng)烈時(shí),RO電阻值減小,比較電壓V_C亦減小

;當(dāng)光照度變?nèi)鯐r(shí),RO電阻值增大,比較電壓V_C亦增大。由此可使由比較電壓V_C控制的輸出電壓UO隨著光照的強(qiáng)弱變化亦呈現(xiàn)出負(fù)特性,從而控制照明燈具獲得隨光照強(qiáng)弱呈反向變化的功率以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)光:即當(dāng)光照度強(qiáng)烈時(shí)照明燈具功率降低,當(dāng)光照度變?nèi)鯐r(shí)照明燈具功率增大[2-4]。

BTS629的工作電壓(PIN4-GND)在5.5~16.9 V之間,負(fù)載電流(PIN4~PIN7)理論值最大為14 A,輸出參考電壓V_ref=2.5 V,占空比變化范圍在8%~98%之間。該設(shè)計(jì)中供電電源為直流12 V,則負(fù)載獲得電壓變化范圍在0.96~11.76 V之間變化,也即當(dāng)完全無(wú)光照射和自然光照射時(shí)分別輸出0.96 V和11.76 V;而光敏電阻在無(wú)光照射和自然光照射時(shí)的阻值分別為100 kΩ和100 Ω。為了使V_C在8%V_ref~98%V_ref范圍內(nèi)變化,確保D<98%,取R1=2.2 kΩ;則當(dāng)光照度達(dá)到最強(qiáng)時(shí),RO=100 Ω,對(duì)應(yīng)的D值為4%由BTS629的自動(dòng)保護(hù)而關(guān)閉,此時(shí)UO接近于0 V而關(guān)閉照明燈具。

3 結(jié) 語(yǔ)

利用BTS629構(gòu)成的PWM自動(dòng)功率連續(xù)控制電路可靈活構(gòu)成自動(dòng)調(diào)光裝置,該裝置可廣泛應(yīng)用于建筑、街道、汽車(chē)等照明應(yīng)用場(chǎng)合,控制應(yīng)用電路簡(jiǎn)單可靠,節(jié)能效果顯著。

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