基于BTS629的自動調(diào)光裝置的設(shè)計實現(xiàn)

在世界能源越來越匱乏的今天，節(jié)能顯得尤為重要。如果建筑物內(nèi)照明燈具、街道路燈、汽車行駛照明燈等照明系統(tǒng)，能夠根據(jù)環(huán)境自然光照強度自動調(diào)節(jié)其功率，則將會帶來巨大的節(jié)能效益。例如，當(dāng)環(huán)境自然光強烈時減小燈具的功率；當(dāng)光強較弱時增大其功率。然而，若依靠人工實現(xiàn)這種調(diào)節(jié)將會帶來增加人力成本，調(diào)節(jié)滯后，不夠精確靈敏等諸多不便。另外，在汽車燈光照明應(yīng)用中，駕駛員在行駛中開關(guān)汽車行駛照明燈，容易使注意力分散而造成道路交通事故。為此，在建筑、街道、汽車等的照明系統(tǒng)中采用自動調(diào)光技術(shù)既能節(jié)約大量能源，又可以減少人力投人，快捷靈敏，尤其在汽車上得到應(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的自動調(diào)光工作原理

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

內(nèi)部主要包括時鐘發(fā)生器、脈寬比較器、邏輯電路、限流電路和電力場效應(yīng)晶體管(P-MOSFET)，輔助部分有過／欠壓檢測(Over／Under Voltage Detection)、過壓保護(hù)(Overvoltage Protection)、溫度檢測和用于輸出參考電壓的電壓調(diào)節(jié)模塊。時鐘波形序列和由IC外部提供的比較電壓VC(PIN2腳)輸入脈寬比較器，經(jīng)過脈寬調(diào)制產(chǎn)生與輸入比較電壓VC保持同步變化的等幅不等寬脈沖序列，即PWM波。該PWM波與過／欠壓檢測和溫度傳感信號一起提供給邏輯控制電路，產(chǎn)生控制 P-MOSFET門極導(dǎo)通與關(guān)斷的開關(guān)信號。整個電路的工作過程是：當(dāng)輸入比較電壓VC增大時，PWM波的占空比增大，每個開關(guān)周期管子的導(dǎo)通時間增加，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／過壓或過載溫度升高時，由控制邏輯電路自動減小脈寬以保護(hù)電路。
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)上時產(chǎn)生的效果相同，如圖2所示。將圖2(a)中正弦半波在時間上7等分，每一段記為TPWMi，則每一段正弦脈沖波形的沖量Ii(面積)各不相同，若在TPWMi段的中心處生成一個幅度相同的矩形脈沖，且使該等幅矩形脈沖序列符合2個條件：

(1)其每個脈沖與對應(yīng)的正弦分段脈沖的沖量Ii相等；

(2)矩形脈沖序列足夠高，以使得各個脈沖在TPWMi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，該序列每個脈沖的周期均為 TPWM，而脈沖寬度各不相同。這種方法稱為脈寬調(diào)制技術(shù)，該方法得到的脈沖系列稱PWM波。那么根據(jù)沖量等效原理可知，該PWM波與正弦半波相同，若以此波的脈沖作為全控型開關(guān)管的門極控制信號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作為比較器的輸入信號，經(jīng)過比較輸出PWM波，其脈沖序列的周期TPWM與鋸齒波的周期TSAW相等，而每個脈沖的寬度ton與直流電壓信號的幅值Vin成正比；由于直流信號幅值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／TPWM，則有Uo=DUIN。由此可見，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)的開關(guān)周期TPWM由時鐘發(fā)生器電路產(chǎn)生的時鐘波形周期決定，可通過PIN5腳外接編程電容Ct進(jìn)行設(shè)定，對于BTS629和BTS629A兩種型號的Ct分別取47 nF和68 nF。該開關(guān)頻率編程電容一旦選定，則TPWM即可確定。從PIN7腳輸出的電壓UOUT由PIN2腳輸入的比較電壓VC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，以實現(xiàn)燈具調(diào)光作用。

2 基于集成IC BTS629的自動調(diào)光電路設(shè)計

在實際應(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VC的輸入方式。為了實現(xiàn)自動調(diào)光功能，該設(shè)計中采用光敏電阻RO和固定電阻R1，并接在參考電壓Vref(PIN3)腳和地之間，以光敏電阻的壓降作為比較電壓VC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，又稱光導(dǎo)管，其基于光電效應(yīng)工作，沒有極性，使用時等同于電阻器。工作原理是：當(dāng)無光照射時，光敏電阻值(暗電流)很大，電路中電流很??；當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，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Vref保持不變，這使得電阻R1上的電壓降隨著光照的強弱變化呈現(xiàn)正特性變化，則取自光敏電阻RO，兩端的比較電壓VC隨著光照的強弱變化呈現(xiàn)出負(fù)特性，即當(dāng)光照度強烈時，RO電阻值減小，比較電壓VC亦減?。划?dāng)光照度變?nèi)鯐r，RO電阻值增大，比較電壓VC亦增大。由此可使由比較電壓VC控制的輸出電壓UO隨著光照的強弱變化亦呈現(xiàn)出負(fù)特性，從而控制照明燈具獲得隨光照強弱呈反向變化的功率以實現(xiàn)自動調(diào)光：即當(dāng)光照度強烈時照明燈具功率降低，當(dāng)光照度變?nèi)鯐r照明燈具功率增大。

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Vref=2．5 V，占空比變化范圍在8 %～98％之間。該設(shè)計中供電電源為直流12 V，則負(fù)載獲得電壓變化范圍在O．96～11．76 V之間變化，也即當(dāng)完全無光照射和自然光照射時分別輸出0．96 V和11．76 V；而光敏電阻在無光照射和自然光照射時的阻值分別為100 kΩ和100 Ω。為了使VC在8％Vref～98％Vref范圍內(nèi)變化，確保D98％，取R1=2．2 kΩ；則當(dāng)光照度達(dá)到最強時，Ro=100 Ω，對應(yīng)的D值為4％由BTS629的自動保護(hù)而關(guān)閉，此時Uo接近于0V而關(guān)閉照明燈具。

3 結(jié)語

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