基于單片機(jī)的LED閃光燈電源設(shè)計(jì)

摘 要：本設(shè)計(jì)采用Ti公司的MSP430F169芯片作為系統(tǒng)處理核心，完成了LED閃光燈電源的構(gòu)建。系統(tǒng)主要由開關(guān)型升壓電路模塊、恒流源電路模塊、A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊、按鍵控制模塊以及報(bào)警提示模塊組成。開關(guān)型升壓電路模塊采用XL6009升壓芯片，通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，改變輸出電壓大??；恒流源電路模塊由P溝道場效應(yīng)管F9530N、LM358運(yùn)放以及單片機(jī)內(nèi)部D/A組成，實(shí)現(xiàn)恒流輸出；報(bào)警提示模塊使用單片機(jī)內(nèi)部ADC12模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號實(shí)現(xiàn)報(bào)警。該電源具有連續(xù)輸出和脈動(dòng)輸出兩種模式，并具有欠壓保護(hù)和過熱保護(hù)功能。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；升壓電路；恒流源

1 系統(tǒng)方案

本系統(tǒng)由輸入直流電源經(jīng)過開關(guān)型升壓電路轉(zhuǎn)換，輸出12V電壓，為恒流源電路提供工作電壓。通過按鍵控制單片機(jī)內(nèi)部的D/A輸出信號，使恒流源電路輸出恒定電流。此時(shí)負(fù)載兩端的電壓值大于設(shè)定值時(shí)，由單片機(jī)內(nèi)部A/D信號控制報(bào)警模塊報(bào)警。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

2 升壓電路分析

電路主要由XL6009升壓型直流電源變換器芯片、肖特基二極管B54以及電感組成。XL6009的3腳輸出為方波信號。作為開關(guān)，當(dāng)3腳輸出低電平時(shí)，D1截止，電感L1作為儲能元件儲存電壓，電容與RV1和R1組成一個(gè)回路放電，使輸出電壓下降；當(dāng)3腳輸出高電平時(shí)，D1導(dǎo)通，電感L1向電容兩端充電，輸出電壓升高。RV1與R1是XL6009內(nèi)部組成的電壓放大器，作為負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓，由電阻RV1和R1控制電壓放大倍數(shù)。升壓模塊電路原理圖如圖2所示：

3 恒流源電路設(shè)計(jì)

該電路主要由LM358運(yùn)放和P溝道場效應(yīng)管F9530N組成。當(dāng)D/A輸出電壓（即2腳電壓）升高時(shí)，LM358的1腳輸出電壓減小，F(xiàn)9530N的門極G和源極S電壓增大，控制SD間電壓減小，使負(fù)載和地之間電壓增大，采樣電壓隨之增大，使LM358的3腳電壓跟隨2腳電壓變化，從而起到恒流作用。通過開關(guān)通斷，切換不同的負(fù)載，使輸出電流滿足不同檔位恒流的要求。恒流源電路原理如圖3所示。

4 輸入電源的分析計(jì)算

輸入電壓為3.0～3.6V，所以選擇額定輸出電壓為Uout=3.6V的鋰電池。根據(jù)最大輸出功率是Pmax=10V*0.6A=6W，按系統(tǒng)整機(jī)效率80%計(jì)算，則輸入電源的輸出功率Pout=Pmax/0.8=7.5W，輸入電壓的輸出電流I=Pout/Uout=2.08A。一節(jié)干電池最大輸出電流為2.2A，為保證續(xù)流能力，故選擇兩節(jié)3.6V鋰電池。

5 提高效率的方法

（1）F9530N為低壓差場效應(yīng)管，屬于電壓控制型器件，它的導(dǎo)通幾乎不會消耗電流，功耗極小，故選擇F9530N來提高效率。（2）采樣電阻的阻值很小，功耗相對較小。（3）電源的接線采用粗銅絲導(dǎo)線，內(nèi)阻非常小，對應(yīng)的損耗小，提高了輸出功率，故效率有所提高。

6 系統(tǒng)測試結(jié)果及分析

當(dāng)接上負(fù)載，在連續(xù)輸出模式下，對應(yīng)的輸出電壓、輸出電流及相對誤差如表1所示：

從表1中可以看出，當(dāng)接上負(fù)載，在連續(xù)輸出模式下，輸出電流可設(shè)定3個(gè)檔。最高輸出電壓為10.23V，最大輸出電流相對誤差為1%，LED閃光燈可正常工作，具有控制精確，誤差小，并有高精度實(shí)時(shí)顯示電壓和電流大小的優(yōu)點(diǎn)。

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作者簡介：趙新（1980-），女，山東青島人，碩士研究生，武漢交通職業(yè)學(xué)院電子與信息工程學(xué)院講師，主要從事電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的研究。