基于HV9910宽电压的自适应温度高亮度频闪灯

发布者:快乐舞步最新更新时间:2024-07-22 来源: eepw关键字:HV9910  宽电压  自适应 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

摘要 设计了一种基于HV9910的自适应温度宽电压范围的高亮度频闪灯,其利用HV9910的宽电压特性,可在10~50 V宽电压范围内高亮度工作。结合HV9910的LD端及二极管的热敏特性,使其根据内部温度变化调节频闪能量,并利用HV9910的内部电源给微功耗的MK6A12P单片机供电,使频闪灯具有过压保护及多种模式工作的功能。


频闪灯与普通灯相比,因其体积小,短时间内发出强光,因此被广泛用于化学分析仪器、工业定位检测及交通警示等领域。现有的高亮度频闪灯的工作电压范围小,通常12~24 V,且无温度补偿功能,因此长期在高温条件下工作时,储能电容的温度过高,储能电容爆裂,或大幅缩减使用寿命。


HV9910是美国Supertex公司生产的一种低成本、PWM控制芯片,可在8~450 V范围内工作,且可向外部提供7.5 V、1 mA的电源,目前常用于LED驱动设计中。利用上述特点设计了一种10~50 V宽电压范围内工作且自适应内部温度变化的高亮度频闪灯。

1 基于HV9910的宽电压高亮度频闪灯

1.1 整体电路框图

高亮度频闪灯主要由内部温度检测、过压检测、工作模式设置、驱动及脉冲触发部分组成,具有完善的保护功能和高温自适应功能,整体电路框图如图1所示。

1.2 HV9910的特性

HV9910的内部结构框图如图2所示。

Vin为高压输入脚,可输入8~450 V;Vdd脚外接电容提供芯片工作电压,同时向外电路提供7.5 V、1 mA最大电流;CS脚为电流采样端,与内部的参考电压0.25 V比较后产生PWM波形;利用LD脚可设置低于0.25 V参考电压;PWM_D为使能输入端,低电平时芯片停止工作。

1.3 宽电压范围的反激式升压电路设计

高亮度频闪灯工作要求在0.8~1.2 s内给100μ以上的储能电容,储存400 V以上的电压后向频闪管中放电,从而发出强光。为满足上述要求,利用HV9910设计了在10~50 V宽电压范围工作的反激式升压器,如图3所示。

同一型号MOSFET的导通内阻具有良好的一致性,因此利用MOSFET管的导通内阻实现对电感电流的检测。为说明图3中三极管Q2的工作原理,在图4中用二极管D2、D1代替Q2进行说明。

当升压电路工作时,电流检测电路中各点的工作情况如图5所示。

在电流检测电路中,二极管PN结的正向导通电压会随工作环境温度变化而变化,为克服这种缺陷,采用将D2、D1对接方法来消除温度对检测电路的影响。在开关管Q1导通时间Ton内,C点为高电平,开关管Q1和二极管D2、D1导通,A点电压即为开关管Q1导通压降UDS_on,经二极管D2、D1反馈到B点,此时B点电压由式(1)决定

UB=UDS_on+UD2-UD1 (1)

因二极管D2、D1导通压降基本相同,此时开关管导通压降UDS_on即为B点电压,如图5所示,在Ton时间内导通压降UDS_on很好地反馈到了B点,再经电阻R6、R8将B点电压分压后,与CS端的参考电压Uref进行比较。当反馈到CS端的电压升到Uref时,开关管Q1关闭,此时电感电流为峰值IP,变压器T1初级电感导通时储存的能量WL即可由式(2)确定

在关闭时间Toff内C点为低电平,A点电压反激为高电压,因二极管D2处于截止状态,此时B点电压为零。

在确定了电感储存的能量WL与储能电容需储存的能量Wc的前提下,为使高压电容在Tc时间内两端电压达到Uc时,开关管需导通次数N由式(3)确定,其中η是变压器的输出效率,f为工作频率

当电容充电时间Tc取0.8~1.2 s,高压储能电容容值为100μF、电压为400 V,变压器的输出效率η=80%时,使线圈电感量为60μH,确定了工作频率f应高于40 kHz才能满足设计要求,又HV9910的PWM频率Fosc由与Rosc脚相连的电阻确定。综合考虑各种因素,确定频率Fosc为50 kHz,即与Rosc脚相连499 kΩ的电阻。

1.4 频闪灯内部温度的自适应调节原理

频闪灯高亮度方式工作时内部温度会达到100℃以上,而高压储能电容的最高温度为105℃,高压电解电容长期在高温状态下时,内部的电解液干枯,缩短了使用寿命。

因此在频闪灯不停止工作的前提下,采用随其内部温度升高而适当降低发光时释放能量的方式。其工作模式如图6所示。

图6中可知,随着频闪灯内部温度的升高,C1的充电速率减小,降低C1充电电压最大值。

本次设计中,利用二极管PN结热敏特性特性设计了温度自适应调节电路。二极管的PN结的正向压降UD与温度升关系由式(5)决定

UD=Ugo-KT (5)

式中,Ugo为定值;K是正向压降随温度变化的系数(K约为2 mV/℃)。图3中温度自适应调节电路是把D4的正向导通电压UD经过电阻R4、R7分压后反馈到LD端。在式(6)中,反馈到LD端的电压为UL

在UL低于0.25 V时,利用LD端的可设置低于0.25 V参考电压的特点,使参考电压Uref随温度T升高而降低。

图7为当温度T在22~80℃范围内变化时,LD端电压的变化曲线图。

经实测表明,利用二极管热敏特性及HV9910的LD端能调整CS端内部的Uref。由式(2)、式(3)与式(6)得温度T与在电容充电时间Tc内输入能量Wc的关系,即

从式(8)可见,温度T与电容电压Uc为反变化关系。1 s内给100μF高压储能电容C1充电,其电压变化曲线如图8所示。

如图8所示,温度在22~80℃范围变化时,对应在1 s内高压储能电容C1能充到的最高电压变化范围为428~340 V,实现了对频闪灯内部温度的自适应调节。

1.5 MK6A12P单片机控制电路的设计

MK6A12P单片机具有低功耗特性,为使其正常工作,需为其提供一小功率电源,单独提供的小功率电源使整体电路变复杂。HV9910的内部电源能向外提供7.5 mW功率,满足MK6A12P单片机正常工作需要,因此采用HV9910的内部电源直接给MK单片机供电的方法,降低电路的复杂度。

频闪灯整体工作电路如图9所示,其中MK6A12P单片机PB1脚的电压UPB用于判断电路是否处于过压状态。当输入电压Ui低于51 V时,UPB= UcR11/(R11+R1)-UD5,当Ui高于51 V时,UPB=Ui-UD3-UD5。通过检测UPB是否大于1.5 V,判断电路是否为过压状态。

当电路处于过压状态时,单片机通过控制HV9910的PWM_D端,停止电路工作,同时可根据实际使用需要,利用单片机设置不同的工作模式。

2 实测结果

图10和图11分别为当输入电压为10 V和50 V时,A点、B点、C点的电压波形图。

从实测结果可见,在设定的输入电压范围内,升压电路能正常工作,实现了宽电压工作的目的。


3 结束语

基于HV9910芯片设计的宽电压高亮度频闪灯,经过实验得出如下结论:高亮度频闪灯在10~50 V宽电压范围良好工作,其内部温度自适应电路能随着温度变化,合理地调整发光时频闪管释放的能量,多种工作模式及过压保护电路使这种灯的可靠性与实用性得到了增强。


关键字:HV9910  宽电压  自适应 引用地址:基于HV9910宽电压的自适应温度高亮度频闪灯

上一篇:基于MP4021的LED照明驱动电源设计
下一篇:具有TRIAC 亮度调节功能的7W单级PFC LED照明设计

推荐阅读最新更新时间:2024-11-10 22:35

浅析电压输入半桥型LLC谐振变换器设计与实验
半桥型LLC谐振变换器由于拓扑简单、工作效率高而得到广泛研究。此处针对宽电压输入的工作情况,采用脉冲频率调制(PFM),避免了传统PWM控制占空比变化范围大的问题。为了提升变换器效率,对各关键谐振参数进行设计,分析了其对电源输出特性的影响,使得初级开关管实现零电压开通(ZVS),次级二极管实现零电流关断(ZCS)。结合理论数学推导和增益曲线分析,设计了一台100 W的变频半桥型LLC谐振变换器样机,并完成了相关实验,验证了参数设计的正确性,样机的最大效率达到93.95%。同时对变换器进行了损耗分析,以便进一步优化设计。 1 引言 半桥型DC/DC变换器广泛用于中小功率场合。通过增大开关频率,可有效减小电源体积和重量,但会增加开
[电源管理]
浅析<font color='red'>宽</font><font color='red'>电压</font>输入半桥型LLC谐振变换器设计与实验
用STM32F407玩控制—自适应模糊PID控制
自适应模糊PID控制的原理如图1所示,从图中可以看出对偏差和偏差变化率进行模糊推理,获得Δkp、Δki、Δkd,模糊控制器的PID参数实际值为:kp=kp0+qp*Δkp、ki=ki0+qi*Δki、kd=kd0+qd*Δkd,其中qp、qi、qd为比例因子,这是比较常见的一种计算方式,但在薛定宇的《控制数学问题的MATLAB求解》一书中讲了另外一种计算方式:kp(k)=kp(k-1)+γ(k)*Δkp、ki(k)=ki(k-1))+γ(k)*Δki、kd(k)=kd(k-1)+γ(k)*Δkd,显然这种计算方式更复杂,我们这里采用前者,为了进行模糊推理,需要确定模糊规则表和各个模糊变量的隶属度函数,常见的模糊规则表如图2所示,我
[单片机]
用STM32F407玩控制—<font color='red'>自适应</font>模糊PID控制
非夕正式推出自适应机器人操作系统Flexiv Elements
2月23日,通用智能机器人公司Flexiv非夕科技正式推出面向自适应机器人的操作系统Flexiv Elements。Flexiv Elements致力于打造全新的用户体验,将复杂的机器人任务编辑和执行“化繁为简”,赋能通用智能机器人生态相关的开发者、集成商,和终端客户。 Flexiv Elements图形化的编程界面为用户带来全新的、直观的机器人编程体验。用户可以通过拖放功能模块、点按、连线等方式构建任务,创造理想的机器人工作流程,并快捷完成对操作对象、相机、末端工具等关键组件的集成和管理。 内置的高阶应用程序帮助用户在简洁配置的基础上,轻松完成特定的需要力控或AI的应用。在作业时,用户可以通过Flexiv Elements实时
[机器人]
Resideo加持,万和燃气自适应技术再提速
广东万和新电气股份有限公司与全球领先的智能家居及家庭安防解决方案的提供商Resideo域适都科技公司(纽约证券交易所代码:REZI)在北京共同宣布,将围绕Resideo旗下霍尼韦尔家居(Honeywell Home™)品牌iXQ燃气自适应技术的发展和应用达成全球战略合作伙伴关系。 域适都与万和携手推进燃气自适应技术发展应用 此次双方关于燃气自适应技术的战略合作内容包括iXQ 燃气自适应技术培训、样机安装、测试验证及产品投放等。此外,在Atmix大气式燃气阀项目、VK大气式燃气阀项目,以及pX42基础款全预混壁挂炉合作项目上,双方也将开展积极合作。这次合作是一次基于双方资源共享、优势互补的强强联合。 万和与Reside
[家用电子]
Resideo加持,万和燃气<font color='red'>自适应</font>技术再提速
AR眼镜环境自适应调光控制方案
我家有一只语音控制的变色灯泡,通常保持“暖白”色调。或者说,在我四岁的女儿发现控制方法之前,一直如此。自从她解锁了调光方法,就经常听她喊“红灯”、“桔灯”,直到唤出七彩颜色。不久后,她又开始尝试控制灯泡发出更多奇妙的颜色。 但我还是发现了她的困惑:她在白天想要“黑色灯”,但惊讶地发现灯只是熄灭了,并没有呈现黑色。作为物理学家,我努力以简单的语言向她解释:光线中没有黑色,所以光源无法发出黑色光。 你可能想知道我为何要讲这个故事——作为虚拟图像和现实世界融合的媒介,AR 眼镜面临了同样的问题。 虚拟图像与现实世界的融合 通常情况下,AR 眼镜的工作原理是将虚拟图像投射到现实世界,将虚拟图像与现实世界完美融合,让大脑无法区分
[嵌入式]
HT8731 单节锂电3.7V内置自适应动态升压15W单声道F类音频功放IC解决方案
目前,户外蓝牙音箱(包括手提音箱及拉杆音箱等产品类型)深受消费者的喜爱,其便携性既能满足家用,也能满足一定时间内的户外使用,其音质效果优于一般的小蓝牙音箱,适合户外活动广场舞等场合。因其体积重量要求的要求决定了供电是以单节18650锂电池为供电电源。深圳市永阜康科技有限公司最新推广的内置自适应动态升压15W单声道F类音频功放IC-HT8731,该芯片音质表现高音通透、低音震撼、人声甜美,能完美实现3.7V单节锂电供电音箱产品的性能升级迭代。 HT8731特有的自适应动态升压,能根据芯片需要输出功率的大小来对应调整电源模块的输出电压,最大限度提高锂电池的续航时间;其输入电流限制功能可设定最大输入电流,以免因锂电池瞬间电压跌落太低
[嵌入式]
HT8731 单节锂电3.7V内置<font color='red'>自适应</font>动态升压15W单声道F类音频功放IC解决方案
产品开发中的自适应性能分析
开发工具的目的不仅仅是用于调试复杂问题,而且还要提高开发效率。有时候,比起有效电源特性,这一目标的达成更取决于标准产品特性的便捷与实用。大部分专业调试器中的一大便捷特性是以寄存器组来显示存储器映射SoC外设寄存器,包括其名称、比特域和描述,这与外设文档中的相一致。   当针对FPGA进行开发时,还要复杂一些。FPGA供应商通常会提供FPGA硬件库,例如,加密/解密模块、数学算法加速模块和外设控制器等。但是,需要硬件开发人员确定将多少模块综合到FPGA中,确定在处理器中,它们位于存储器映射的哪些位置,这意味着,软件调试器不可能立即提供外设寄存器视图。软件开发人员能够手动生成调试器外设描述视图,但是手动编辑非常耗时,而且容易出错。其
[模拟电子]
产品开发中的<font color='red'>自适应</font>性能分析
贸泽携手Xilinx出电子书 挖掘单芯片自适应无线电平台优势
贸泽携手Xilinx推出全新电子书 ,深入挖掘单芯片自适应无线电平台优势 2021年4月26日 – 专注于引入新品并提供海量库存的电子元器件分销商贸泽电子 (Mouser Electronics) 与Xilinx联手推出了一本全新电子书Programmable Single-Chip Adaptable Radio Platform(可编程单芯片自适应无线电平台)。这本电子书重点介绍了对自适应计算解决方案的需求以及所需的技术创新,来自贸泽和Xilinx 的专业工程师提供了一系列文章和视频,详细介绍了自适应计算技术。 随着社会的不断进步,越来越多的产品和平台整合到互联的智能物联网 (IoT),而对计算解决方案需求的日益提
[物联网]
贸泽携手Xilinx出电子书 挖掘单芯片<font color='red'>自适应</font>无线电平台优势
小广播
最新嵌入式文章
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

 
EEWorld订阅号

 
EEWorld服务号

 
汽车开发圈

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved