一种小型探照灯的设计

摘要：文章介绍了一种用FP7102芯片设计的小型探照灯，详细介绍了硬件电路及性能测试数据，并给出不同功率LED灯在元器件参数上的选择方法。
关键词：FP7102；探照灯；LED

0 概述
    FP7102芯片设计的小型探照灯，所有元器件安放在1×2．7cm的板子上，制作完成后整个灯可以塞进直径为3cm的管子里，管子长度可以任意长。为了达到应用板小型化，在此设计中使用FP7102芯片作为LED的驱动芯片，电路可靠度高、元件使用精简、整体高效能运作，在应用上有很大的弹性空间，可满足各种功率LED需要。

1 电路介绍
1．1 FP7102芯片
    FP7102是一种采用电压控制模式的降压转换IC，用于驱动高功率LED元件，内含2A P-Channel的Power MOS，低的漏极-源极导通电阻可提升系统整体效率，以及低的回授参考电压0．25V，可降低功率损耗与提升效能，最大占空比可达100％。不同瓦数的LED，电流大小也有所不同，可经由外部电阻来设定电流值；在应用上还可以通过EN脚来做调光控(Dimming)，达到省电模式，IC本身有过电流与过温保护功能。其特色包括：最大输出负载：2A；高转换效率：90％；回授参考电压：0．25V；工作频率：320kHz；最大占空比：100％；过温保护和过电流保护；输入操作电压范围：3．6 to 25V；提供ON／OFF功能；标准SOP8封装。

    引脚描述如表1所示：

1．2 C1电容的作用
    Cl为滤波电容，将经过整流后的脉动直流电源滤波为稳定的直流电源。输入电源是交流电源时，电容值选用须特别注意，电容太小影响滤波效果，若无法得到稳定的直流电源，可能会造成纹波最低点电压低于LED的导通电压，使得LED不亮或是平均亮度下降，所以在选用电容值时必须考虑到LED瓦数与LED串并联数目，简单的说，LED瓦数越大，相对的电容值要越大。
1．3 二极管D1
    当NMOS截止时，D1导通提供电感放电回路。Dl使用1A 40V的萧特基二极管(MSCDl04)。
1．4 电阻R1、R2、R3
    R2用来设定LED电流值之回授电阻，R3是预留用来分散流经电阻的电流，增加电阻瓦数：LED瓦数不同电流值也会不一样，设计时不可超过LED最大电流值，否则会导致LED寿命迅速缩短甚至烧毁，电流设定公式ILED=0．25V／(R2／／R3)。R1、C2是整个系统的补偿回路，关系到系统的稳定度。
1．5 电容C3、C4
    C3、C4用来降低纹波电流，依据LED电流大小来调整电容值，但因成本与空间考量，电容的选用也需注意。另外输入与输出电容的选择可依成本空间来决定，钽电容体积小、容值大，但是价格较高，适合用于LED电路上，若无空间考虑也可使用成本便宜的电解电容器，相对的体积比钽电容大很多，元件选用可依设计者自行评估与考虑。
1．6 电感L1
    电感L1有储能与滤波的功用，感抗越大纹波越小，相对的感抗越小纹波越大，选用电感需注意电感是否适合高频操作，及电感额定饱和电流值。

2 PCB板布线注意点

    (1)大电流路径需铺铜，由AC IN到IC VCC Pin，再从SW Pin经由萧特基二极管D1、电感L1、LED+到回授电阻R2与R3。
    (2)开关切换SW引脚、Dl与L1之间的距离尽量要短，以铺铜方式连接，减少寄生电感产生的震荡，对于EMI有所改善。
    (3)为了达到系统稳定性，补偿电阻R1与电容C2要尽量靠近FP7102芯片的COMP脚，且不要靠近电感L1。
    (4)输入电容C1尽可能靠近IC VCC Pin脚，IC GNDPin能与输入输出电容靠近与共地。
    (5)回授电阻R1与R2，连接到FB Pin距离越短越好。
    (6)板子面积很小，在Layout时特别注意散热问题。

3 实物图

4 电路效能
    表2为输入用直流电源，电压范围9～15V，从表中可以看出Iout几乎不因输入电压不同而变动，效率为79．75～86．65％，电流精确度0．00～0．28％。(表2的数值是用1W LED量测)

    图5～图8列出了在不同输入电容值情况下，输入纹波Vin：CHl与SW：CH2的变化情形，输入电容值越大输入电压纹波越小，图5中因为纹波太大，造成Vin最小值刚好等于LED导通电压，这时候PWM全开，如果电容更小时LED导通电压不足，造成LED会无法发亮，图8中电容用330μF就能让输入电压不会过低。(串联3颗1W LED)

5 结束语
    使用FP7102 LED Driver For MRl6 Lamp可达到应用板小型化、可靠度高、元件使用精简与整体高效能运作，在应用上能够有更大的弹性空间。因为电路板小，所以在PCB板布局上要特别注意，高功率的LED本身温度也很高，在摆放上需注意避免热源影响到其它元件；输入输出电容值，取决于LED电流大小，选用上需特别注意，会影响LED的运作效能。