工程師講解：利用LED恒流驅(qū)動IC與多諧振蕩器實現(xiàn)PWM調(diào)光控制

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首先簡單介紹一下TL4242 500-mA LED 恒流驅(qū)動IC（參照TI官網(wǎng)datasheet）

該IC最高能驅(qū)動500mA的負載，并能通過外部電阻來設(shè)定驅(qū)動電流的大小，內(nèi)部具有保護電路，防止在過載情況下?lián)p壞設(shè)備：過熱保護，短路保護，反極性保護(反向最高能承受45V的電壓)，超溫保護。該IC能具有PWM調(diào)光輸入功能，可輸入外部輸入PWM調(diào)光脈沖信號，來實現(xiàn)對LED負載的調(diào)光控制。該芯片屬于High side控制方式

該IC在-40℃到150℃溫度條件下正常工作。

簡單的原理圖如下：

IC的各個引腳的定義：

NO 1：PWM調(diào)光脈沖信號輸入引腳，如果不用該功能，將該引腳與NO 8 I 引腳連接。

NO 2：ST ??狀態(tài)輸出。集電極開路輸出。連接到外部上拉電阻器（RPULLUP≥4.7 kΩ）。

NO 3：GND 接地引腳。

NO 4：REF ?參考輸入,連接到分流電阻器。

NO 5：D ??狀態(tài)延遲。要設(shè)置狀態(tài)反應(yīng)延遲，用電容器連接到GND。如果不需要延遲，懸空處理。

NO 6：Q ?? 輸出引腳。

NO 7：N/C

NO 8：I ?? ?輸入引腳，使用100nF陶瓷電容器直接連接到盡可能靠近設(shè)備的GND。

官方建議的參數(shù)設(shè)定值：

VCC 輸入電壓4.5-42V

VST 狀態(tài)ST輸出電壓最高16V

VPWM PWM輸入電壓0-40V

CD 狀態(tài)延遲電容值0-2.2μF

REF 參考電阻阻值0-10Ω

TJ? 芯片TJ正常工作的TJ溫度范圍為-40℃-150℃

功能框圖：

恒流控制原理：

由圖可知，圖中紅框部分為復(fù)合管為NPN型管與PNP型管組成，等效為NPN型三極管，采用復(fù)合管后，在信號源提供的輸入電流不變的情況下，可以得到高達幾安的輸出驅(qū)動電流，需要注意的是此時應(yīng)選擇中等功率或者大功率管。該電路控制原理為LDO控制，屬于線性恒流控制，與一般MOS管做開關(guān)不同的是，該內(nèi)部控制以三極管做開關(guān)對負載進行控制，與一般的LDO線性控制原理一樣，形成一個閉環(huán)反饋控制來保證達到恒流的目的。

閉環(huán)回路原理圖控制如下：

然后介紹一下TLC555LinCMOS? 計時器（參照TI DATASHEET）

使用TLC555定時器來產(chǎn)生PWM脈沖電壓 調(diào)整芯片PWM實現(xiàn)PWM調(diào)光功能。

TLC555 是一款采用TILinCMOS?工藝制造的單片計時電路。該計時器與CMOS、TTL 和MOS 邏輯器件

完全兼容，可在高達2MHz 的頻率下正常工作。由于輸入阻抗較高，此器件可支持比NE555 或LM555 所支持的計時電容器更小的計時電容器。因此，可實現(xiàn)更加準確的延時時間和振蕩。在整個電源電壓范圍內(nèi)可保持較低功率。

與NE555 類似，TLC555 有一個約等于電源電壓三分之一的觸發(fā)電平以及一個約等于電源電壓三分之二的閾

值電平?？墒褂每刂齐妷憾俗?CONT) 來改變這些電平。當觸發(fā)輸入(TRIG) 下降至低于觸發(fā)電平的時候，觸發(fā)器被設(shè)定并且輸出變?yōu)楦唠娖?。如果TRIG 高于觸發(fā)電平并且閾值輸入(THRES) 在閾值電平之上的話，觸發(fā)器被復(fù)位并且輸出為低電平。復(fù)位輸入(RESET)的優(yōu)先級高于所有其它輸入并且可被用來啟動一個新的定時周期。如果RESET 為低電平，觸發(fā)器被復(fù)位并且輸出為低電平。只要當輸出為低電平，在放電端子(DISCH) 和接地(GND) 之間提供一個低阻抗路徑。所有未用輸入端必須接入合適的邏輯電平以免發(fā)生誤觸發(fā)并持較低功耗。

簡化的原理圖：

各個引腳功能定義：

555定時器的工作原理：

原理圖如下圖所示：

首先為什么它叫做555定時器呢，是因為它內(nèi)部存在3個5K歐姆的電阻，內(nèi)部還包括電壓比較器C1,C2，基本RS觸發(fā)器，放電晶體管T以及緩沖器組成。

3個電阻分別使高電平比較器C1同相比較端和低電平比較器C2的反相輸入端

的參考電平為2/3Vcc和1/3Vcc。C1和C2的輸出端，控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電

管開關(guān)狀態(tài)。當輸入信號輸入并超過2/3Vcc時，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出_低電平，同時放電，開關(guān)管導(dǎo)通;當輸入信號自2腳輸入并低于1/3Vcc時，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時充電，開關(guān)管截止。

RD為復(fù)位輸入端, 當RD為低電平時, 不管其它輸入端的狀態(tài)如何,輸出電壓為低電平。

當5腳懸空時, 比較器C1和C2的電壓分別為(2/3)VCC和(1/3)VCC。

如果在電壓控制端(5腳)施加一個外加電壓V(其值在0~VCC之間),比較器C1和C2的電壓分別為V和(1/2)V;

總結(jié)的功能表 如下圖所示：

以上是555定時器的基本工作原理，接下來介紹一下555定時器作為多諧振蕩器來產(chǎn)生脈沖方波的結(jié)構(gòu)原理：

4引腳為復(fù)位引腳，當此引腳接高電平時定時器工作，當此引腳接地時芯片復(fù)位，輸出低電平。該多諧振蕩器的4引腳接高電平VCC，定時器處于工作狀態(tài)，5引腳為比較器控制閥值引腳，接以0.01μF的電容到地，起到濾波的作用，VTR（2）VTH(6)通過定時電容C接地，同時通過R2與三極管集電極接在一起，或者是MOS管的源極接在一起。三極管集電極輸出電壓或者是MOS管的源極輸出電壓通過上拉電阻R1與電源VCC接在一起。

接通電源瞬間，定時電容C上的電壓為0，高電平觸發(fā)端6引腳與低電平觸發(fā)端2引腳的電壓都初始為0，放電管T處于截止的狀態(tài)，這時候定時電容C開始充電，高電平觸發(fā)端6引腳與低電平觸發(fā)端2引腳的電壓逐漸升高，

1. ?? ? 在定時電容C上的電壓沖到2/3VCC之前，高電平觸發(fā)端6引腳上的電壓小于2/3VCC，低電平觸發(fā)端2引腳上的電壓大于1/3VCC時，繼續(xù)保持之前的狀態(tài)。

2.? ? ? 電容C繼續(xù)充電，當定時電容C上的電壓超過2/3VCC時，高電平觸發(fā)端6引腳上的電壓大于2/3VCC，低電平觸發(fā)端2引腳上的電壓大于1/3VCC時

定時電容上的電壓通過放電管T開始放電。

3. ?? ? 當定時電容放電后電壓小于1/3VCC時，高電平觸發(fā)端6引腳上的電壓小于于2/3VCC，低電平觸發(fā)端2引腳上的電壓小于1/3VCC時，T放電管截止。

電路又開始重新開始充放電的過程，如此不斷重復(fù)形成振蕩，在V0端得到連續(xù)的方波，輸出PWM脈沖電壓。

以上就是555定時器多諧振蕩器最終產(chǎn)生PWM脈沖電壓的全過程。

TI的555定時器與恒流驅(qū)動芯片組成PWM調(diào)光電路如下：

電路很簡單：

恒流IC：

由于恒流驅(qū)動IC沒有升壓功能，所以設(shè)計時要注意輸入電壓應(yīng)大于后端LED最大驅(qū)動電壓。

LED驅(qū)動電流設(shè)定可根據(jù)電流設(shè)定電阻R0來設(shè)定，該IC芯片VREF典型值為177mV.通過以下公式對電流進行設(shè)定：

IQ,typ = VREF/RREF

555定時器：

電容C開始充電：TPH=0.7R1*C

電容C放電時：TPL=0.7R2*C

輸出的電容周期為：T=0.7（R1+R2）C

頻率f=1.43/(R1+R2)C

占空比：R1/(R1+R2)*100%

該文介紹的只是LED調(diào)光控制的一個很簡單的應(yīng)用，應(yīng)用了TI的兩個的IC芯片，參照了TI官網(wǎng)中datasheet中的部分內(nèi)容，具體的詳細設(shè)計還需參考TI官方的芯片的datasheet，以及產(chǎn)品的實際情況，EMC實驗等。內(nèi)容雖然都很簡單，但卻是一個很好的設(shè)計思路，而且也是我很認真完成的，如果有不完善的地方希望大家多多包涵，總之希望對大家有所幫助，歡迎一起交流學(xué)習(xí)。謝謝大家！

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本文系21ic論壇網(wǎng)友火星國務(wù)卿原創(chuàng)

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