基于單片機的LED閃光燈電源的設(shè)計

閆姝

摘要：本系統(tǒng)以一款帶有可編程閃光計時器的電荷泵芯片AAT3170為核心，ATMega128A單片機為主控制器，通過鍵盤來設(shè)定相應的的輸出模式和輸出峰值電流的檔位以及輸出脈沖個數(shù)，并可由液晶顯示器顯示輸出的狀態(tài)及操作信息。實際測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)可設(shè)置連續(xù)輸出模式和脈動輸出模式下電流100mA、150mA、200mA、300mA、450mA、600mA六個檔位，且相對誤差均小于5%，并且具有電壓限壓保護和報警功能，電路設(shè)計新穎，簡單，抗干擾能力強。

關(guān)鍵詞：白光LED AAT3170 ATMega128A 恒流

中圖分類號：TM923.34 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）12-0156-01

當周圍環(huán)境的自然光源或人工光源不足的時候，此時閃光燈便成為了一個用途非常廣泛的機動光源，它可以用來補充此時的不足。該電源的核心為直流-直流穩(wěn)流變換器，把沒有經(jīng)過調(diào)整的輸入直流電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流輸出電壓，將電能變換為恒流輸出，從而驅(qū)動白光LED。本系統(tǒng)主要采用ATmega128A作為主控制器，它是基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微處理器。

高亮度的白光LED需要穩(wěn)定的恒定的電流。如果工作電壓下降，會影響白光LED的亮度，所以在電路設(shè)計上需要使用一個升壓型的電荷泵。電荷泵提升電壓主要通過開關(guān)陣列和振蕩器、邏輯電路、比較控制器來實現(xiàn)。采用電容器來貯存能量，構(gòu)成電荷泵電壓轉(zhuǎn)換翻轉(zhuǎn)電路。沒有電感，不存在電磁干擾，而且外形體積較小。

而AAT3170是一種帶有可編程閃光計時器的高效率、高輸出的電流輸出電荷泵芯片，它將一個閃光計時器與一個有32級數(shù)字電流控制的高閃光電流驅(qū)動器相結(jié)合，適用于白光LED閃光。而且通過一個內(nèi)部感應電路與一個負載開關(guān)模式（1x）、間歇模式（1.5x）和倍增模式（2x）的可調(diào)容量相結(jié)合，實現(xiàn)LED所要求的輸出以及效率的最大化。當LED工作電流較低時，切換到1x和1.5x模式下，對電池所消耗的電流為最低。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

閃光燈電源的系統(tǒng)框包括：單片機ATMega128A，電荷泵AAT3170，液晶顯示模塊，4X4鍵盤，蜂鳴器，場效應開關(guān)管，白光LED等主要模塊。

2 電路整體設(shè)計

2.1 電路設(shè)計

2.1.1 電路驅(qū)動部分

AAT3170只需5個外接元件：兩只1.0mF的陶瓷電容，用作電荷泵的快速電容；一只接VIN的4.7mF電容；一只接VOUT的2.2mF電容；一只電容C5是來用于設(shè)置閃光計時器持續(xù)時長的附加電容。其中F1與F2短接。該器件輸出的最大峰值電流可達到600mA。

2.1.2 電路限壓保護部分

利用電位器（即可調(diào)電阻）組成分壓電路，單片機的PE3連接在電位器的動片引腳上，這個電路實際上相當于兩個電阻組成的串聯(lián)電路，只不過這兩個電阻的阻值是可變的，改變動片的位置，就可以改變PE3與地之間的電阻值，根據(jù)串聯(lián)電路分壓的原理，當動片移動時，PE3處的電壓就會發(fā)生變化。

由程序設(shè)定，使用單片機的模擬比較器比較PE3口的電壓與單片機內(nèi)部的固定能隙電壓（1.22V）之間的高低，如果PE3的電壓高于1.22V，則產(chǎn)生報警。

人機交互模塊由兩個LCD液晶顯示128642、4X4鍵盤、語音模塊XF4240組成，通過鍵盤設(shè)定相應的功能菜單，也方便我們調(diào)節(jié)控制。

AAT3170帶有一個熱量管理系統(tǒng)和一個內(nèi)置軟啟動電路，而且雙路電流吸入器可以讓系統(tǒng)設(shè)計者選擇使用單路的或雙路（獨立陰極）的閃光LED配置。

雙級電荷泵部分包含軟啟動電路，以防止在啟動過程中的電流過大。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)上電后，首先進行系統(tǒng)初始化，然后查詢等待按鍵，并對不同的鍵值做出不同的響應，通過LCD液晶顯示出相應的狀態(tài)及操作信息。

3 指標測試與結(jié)果分析

（1）通過軟件設(shè)定連續(xù)輸出模式輸出電流設(shè)定為100、150、200mA，任意選取電阻R=100Ω接入電路，則最高輸出電壓U0m：

（2）將輸出短路，選取電阻R=0.2Ω接入電路，則最低輸出電壓U0L。

（3）在規(guī)定的輸入電壓3.0V～3.6V，輸出電流0～10.5V范圍內(nèi)，輸出電流測試結(jié)果如下表1所示。

由表1得知，在200 mA檔位下，輸出電流相對誤差接近于2%。

實驗結(jié)果表明，本系統(tǒng)設(shè)計的一款以帶有可編程閃光計時器的電荷泵芯片AAT3170為核心，ATMega128A單片機為主控制器的LED閃光燈電源，設(shè)置連續(xù)輸出模式和脈動輸出模式下電流100mA、150mA、200mA、300mA、450mA、600mA六個檔位，且相對誤差均小于5%，并且具有電壓限壓保護和報警功能，電路設(shè)計新穎，簡單，抗干擾能力強。

參考文獻

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