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        基于單片機(jī)的LED閃光燈電源設(shè)計(jì)

        2016-12-31 00:00:00趙新
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年21期

        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(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)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(hào),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(hào)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(hào)。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(chǔ)能元件儲(chǔ)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(huì)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)。

        參考文獻(xiàn)

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        [2]TI.德州儀器高性能模擬器件高校應(yīng)用指南——信號(hào)鏈與電源[Z]上海:TI中國大學(xué)計(jì)劃,2014.

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        [4]王昊,李昕.集成運(yùn)放應(yīng)用電路設(shè)計(jì)360例[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.

        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。

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