夜间成像红外LED的驱动电路设计

金婷婷

摘要：该文利用集成IC RS6513器件设计了锂电供电的、光电管控制夜间自动开启的红外LED驱动电路，叙述IC芯片原理，电路组成及特点与电路参数的确定。

关键词：锂电池；开关电源；红外LED；驱动电路

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)07-1656-03

Design of Infrared LED Driven Circuit in the Night Imaging

JIN Ting-ting

(Dep. of Communication Engineering, China Armed Police Forces Engineering University, Xian 710086, China)

Abstract: In this paper, the lithium-powered infrared LED drivern circuit whose automatic opening model in the night is controlled by photoelectric is designed by use of the integrated IC RS6513 device. The theory of the IC chip , the composition and characteristics of the circuit and the way to determine the circuit parameters are given too.

Key words: lithium battery; switching power supply; the infrared LED; driven circuit

夜视技术是借助于光电成像器件实现夜间观察的一种光电技术。它包括微光夜视和红外夜视两类，其中红外夜视技术分为主动红外夜视技术和被动红外夜视技术。针对红外夜视技术中的主动红外夜视技术，它是通过主动照射并利用目标反射红外光来实施观察的一种夜视技术，其关键之一是红外光源驱动电路的设计，如何设计一个高效的、锂电供电的、自动开启的、适合便携式设备的简单电路是本文解决的主要问题。

本文利用集成IC RS6513器件设计了锂电供电的、光电管控制夜间自动开启的红外LED驱动电路，叙述IC芯片原理，电路组成及特点与电路参数的确定。

1驱动电路设计原理

本驱动电路的设计[1]的原理是利用锂电池供电后，通过光电二极管控制夜间自动开启红外LED驱动电路。该电路具有功耗低，效率高，红外发射功率大等特点，可以应用在武警部队夜间作战[2]和反恐作战军事装备上。

电路连接图如图1所示，主要由核心器件集成IC RSC513和3.7V锂电池、光电二极管与红外LED等构成。

图1驱动电路设计图

2集成IC RS6513芯片

2.1芯片原理

集成IC RS6513是由Orister Corporation生产的一款PWM（脉宽调变）控制2A Step-Down轉换器。它具有低纹波、高效率，出色的瞬态特性。

2.2芯片特点

集成IC RS6513芯片的特点如下：

输入电压：3.6V到18V。

输出电压：0.8V到VCC。

占空比：0%到100%。

振荡频率：350KHz。

软启动，电流限制，使能功能。

热关断功能。

内置SW内部MOSP沟道。

SOP-8LPb-Free包装。

2.3芯片功能

图2为集成IC RS6513芯片的内部结构。该芯片由Thermal shut down（热关断）、Oscillation Circuit（振荡回路）、Reference Voltage Source with Soft Start（带软启动的参考电压源）和PWM-Switched Control Circuit（脉宽调制开关控制回路）等部分构成。

热关断对RS6513电路起到过载保护功能；振荡回路为电路提供了振荡源；脉宽调制开关控制回路在电路中起到了完成电压的转换的功能。

图2

该芯片具有以下几点功能。

1)PWM控制

RS6513通过DC/DC转换器，采用脉冲宽调制(PWM)系统。根据负载电流在RS6513的转换，脉冲宽度的变化范围从0升到100%。因为开关频率保持不变，纹波电压利用开关能很容易地通过一个过滤器除去。因此，这些转换器提供了低纹波电源广泛的输入电压和负载范围。

2)欠压分离

欠压分离的RS6513电路，保证了高边MOSFET驱动器输出保持在关闭状态时，芯片输入电压低于3.3V；恢复正常操作一次，使输出电压上升到超过3.5V。

3)RDS(ON)电流限制

从VCC电源连接到OCSET由外部电阻设置电流限制阈值。内部100uA的吸收电流穿过电阻器设置OCSET引脚电压。当PWM电压低于OCSET电压，过电流的条件被触发。

I LOAD×RDS(ON)=I OCSET×R OCSET

芯片引脚描述

集成IC RS6513芯片的引脚功能描述如下。

FB：反馈电压引脚，连接图1中电阻R3和电阻R4。

EN：输入电压端，高电平时，芯片用于正常运行（降压操作）；低电平时，电路降压操作停止（所有电路停用）工作。

OCSET：电流偏置端子引脚。通过添加一个外部电阻设置最大输出电流。

VCC：IC电源端引脚，电源输入端。

Output：输出端。连接外部电感，能对纹波进行滤波和续流。

VSS：GND针接地。

3驱动电路电路特点

本驱动电路具有效率高，红外发射功率大等特点。

1）驱动电路电源选择3.7V单节锂电池供电。其原因一是体积小，便于集成到便携式设备中；其二，单节锂电，便于充电，延长电池使用寿命，两节锂电池若串联供电，会发生放电速度快慢不同，两节电池难达到放电平衡，充电时，也很难达到平衡，这是锂电池很容易损坏的主要原因。所以，本电路采用单节锂电池供电。其三，锂电池具有以下几个优点：

①能量体积比较高。具有高的能量存储密度，目前已达到460-600Wh/kg，是铅酸电池的约6-7倍；

②使用寿命长，使用寿命可达到6年以上；

③额定电压高（单体工作电压为3.7V或3.2V），约等于3组镍镉或镍氢充电电池的串联电压，便于组成电池电源组；

④具备高功率承受力，其中电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池可以达到15-30倍充放电的能力，便于高电流的启动加速；

⑤自放电率很低，这是该电池最突出的优越性之一，目前一般可做到1%/月以下，不到镍氢电池的1/20；

⑥高低温适应性强，可以在-20℃--60℃的环境下使用，经过工艺上的处理，可以在-45℃环境下使用；

⑦绿色环保，不论生产、使用和报废，都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。

2）采用总功率为3W的红外管[4]，其最高工作电压为2V，电流可达到700mA。由于发光管在工作中会出现发热与散热的问题，尤其是大功率电路，光源发热量通常较大，所以必须要选用合适的散热器以保证良好的散热性能，才能保证电路的工作稳定可靠。红外管在设计上添加了铝基板，在铝基板基础上附加散热器，使其具备良好的散热性能，较好的解决了发热和散热这一问题。

3）电路采用了光电二极管作为环境光强探测器，便于夜间电路自动开启。光电二极管是在反向电压作用之下工作的。当有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，形成光电电流。而当没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），形成暗电流，相当于开关断开。这种光控开关的电路，就能使红外管白天处于关闭状态，到夜间运作时，光电二极管可以自动开启红外LED，使电路自动工作。

4）电路采用了恒流式[6]驱动电路。因为LED是电流驱动器件，其发光强度和功率同驱动电流成正比，而不是电压。因此，为保证发光强度保持不变，本设计选择了恒流式的驱动电路。采用恒流式电路，具有以下几个特点：

①恒流驱动电路输出的电流是恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化，负载阻值越小，输出电压就越低，负载阻值越大，输出电压也就越高。

②应注意驱动电路所使用的最大承受电压值，它限制了LED的使用数量。

4参数选取及结果

通过实验证明，当电阻R1=100KΩ、R2=20KΩ、R3=1.8Ω、R4=11Ω时，测得其输出电流为590mA，（在额定700mA电流的范围内）；此时电路输出电压为1.54V。

5结束语

该电路具有功耗低，效率高，红外发射功率大等特点。基于集成IC RSA513芯片功耗低、效率高的特点，在提高电路工作效率方面起到关键作用，在实际应用中改变外围器件的参数可较为灵活得改变输出电流，拓展性强。

该驱动电路只采用了单个LED，实验证明，若电路采用多个LED[7]，也能达到同样的效果。需注意在采用多个LED串联时，驱动电路也要采用恒流式驱动电路，才能得到理想的设计效果。

驱动电路设计中的光电二极管在电路很中起到了自动开关的作用。是电路白天处于关闭状态，夜间操作时进行自动开启。

电路应用于单兵作战的便携式隐蔽侦察设备和夜间观瞄装备[8]取得良好效果。电路采用3.7V单节锂电池和光电自动开关，减轻了装备重量，提高了单兵作战的效率。

参考文献：

[1] GB/T 10318-1988.夜视器件和存储管用Y20荧光粉[S].

[2] GB/T 4779.3-1984.彩色显像管用荧光粉Y22-R4荧光粉[S].