0 前言
隨著LED商業、工業用途的不斷擴展，大功率LED的散熱問題成為設計應用的難題。大多數LED的驅動電源為不隨溫度變化的恒流源，當LED周圍溫度高于安全溫度點時，工作電流就不在安全區內，這將大大縮短LED的使用壽命甚至引起直接損壞。為解決這一問題，很多廠商采用傳統的散熱方法，即加裝散熱片。但由于長時間灰塵的積累或熱導性的下降，使散熱效果大大降低。同時，由于加裝高導熱的鋁制散熱片提高了使用成本，增加了體積。
本文采用數字溫度傳感器DS1820和單片機，利用溫度補償的原理，使LED工作在安全區邊際，這樣既滿足在安全溫度點內輸出電流，輸出功率工作在額定狀態且恒定，而且在高于安全溫度點輸出電流按比例下降而進行負補償，保證LED使用壽命。
1 DS1820簡述
DS1820是Dallas半導體公司的數字化溫度傳感器，它是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等特點，特別適合于構成多點溫度測控系統。圖1為DS1820的內部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數據的高速暫存器(內含便箋式RAM)，用于存儲用戶設定的溫度上下限值的TH和TL觸發器存儲與控制邏輯、8位循環冗余校驗碼(CRC)發生器等七部分。
2 DS1820溫度控制原理框圖
有些照明產品需要一些智能控制，如一些高級路燈的應用，這些系統往往使用單片機對整個系統進行監視和控制。這時可利用原有的單片機控制系統加入溫度補償功能，即便在惡劣的環境下，如夏日曝曬，系統內的溫度仍能得到很好的控制。控制電路框圖如圖2所示。圖2所示溫度檢測部分采用DS1820可以同時檢測芯片本身溫度，相當于間接檢測PCB溫度，又能檢測遠端三極管溫度，若將三極管與LED一同焊接在鋁基板上便可以檢測鋁基板溫度。DS1820將檢測到的兩種溫度通過芯片內部的ADC進行轉換，將溫度的數字結果通過I2C總線的SDA數據線和SCL時鐘線與單片機通信。當單片機接收到鋁基板溫度結果后與預設定的安全溫度點閾值進行比對，當溫度過高時啟動溫度補償程序，通過PWM1按比例降低LED驅動器的輸出電流。單片機同時監控PCB板溫度，溫度過高時通過PWM2信號線控制風扇，對PCB進行散熱，確保板上的元器件尤其是電解電容的溫度不會過高。
這種系統控制極大增強了系統的穩定性，并保證整體系統的使用壽命，實踐證明系統內部溫度得到很好的控制，但硬件成本較高，適于中高端領域的應用。
3 實際溫度測量電路
現用4只DS1820同時測控4路溫度(視實際需要還可任意擴展通道數)。如圖3所示。圖中采用C8051F220單片機，其P2．2口接單線總線。為保證在有效的DS1820時鐘周期內能提供足夠的電流，圖3中采用一個MOSFET管和C8051F220的p2．1口來完成對DS1820的總線上拉。為了操作方便，用C8051F220的P2．2口作發送口Tx，P2．3口作接收口Rx。由于DS1820是單線數字溫度傳感器，只須用它輸出線上的序列號就可以決定要讀哪一個點上的溫度值，而且它的輸出量本來就是數字量，所以無須經過A／D轉換，就可以直接連到單片機上。系統對DS1820和各種操作必須按協議進行，即：初始化DS1820(發復位脈沖)→發ROM功能命令→發存儲器操作命令→處理數據。DS1820輸出量本身就是數字量，它的輸出不需A／D轉換，可直接連接到單片機上。
4 軟件設計
無論是單點還是多點溫度檢測，在系統安裝及工作之前，應將主機逐個與DS1820掛接，讀出其序列號。其工作過程為：主機Tx發一個脈沖，待“0”電平大于480 μs后，復位DS1820，待DS1820所發響應脈沖由主機Rx接收后，主機Tx再發讀ROM命令代碼33H(低位在前)，然后發一個脈沖(15 μs)并接著讀取DS1820序列號的一位。用同樣方法讀取序列號的56位。對于圖3系統的DS1820操作，它分三步完成：a．系統通過反復操作，搜索DS1820序列號；b．啟動所有在線DS1820做溫度A／D變換；c．逐個讀出在線DS1820變換后的溫度數據。
程序的主流程圖如圖4所示。
本文采用單片機及DS1820溫度傳感器設計的多點溫度測量電路在大功率LED驅動電路溫度測量中進行實驗，結果表明，其溫度測量效果良好。