LED閃光燈的設計

摘 要：LED閃光燈核心是DC-DC穩流電源變換器，原理是將電池的電能轉換為恒流輸出，從而驅動高亮度白光LED。LED電源顧名思義就是供恒定電壓的電源，并且使開關管處在開關狀態。實現開關源種類有很多，比如升壓式DC-DC變換、降壓式、正激勵、單端反激勵式等等。開關電源主要思路是，通過輸出端的采樣電阻反饋然后通過調節PWM再調整電壓輸出。

關鍵詞：DC-DC穩流電源；開關電源；PWM開關

1 設計思路

制作一個0到20V的電源，利用單片機控制開關電源專用芯片SG3524產生500kHz的PWM發生電路，驅動MOS管IRF9540，輸出電壓端口流端通過1K反饋電阻將電阻電壓反饋到SG3524的反饋輸入端進行閉環控制產生恒定的電壓。然后通過單片機控制10位DA芯片產生基準電壓輸入到SG3524的1腳即基準電壓輸入端，這樣不同的基準電壓對應不同的輸出電電壓，實現了電壓的數控，10位AD分辨率為1/1024，完全達到0到20V步進0.1V。系統電路共分MCU控制部分，DA轉換部分、DC/DC變換部分，液晶顯示、按鍵輸入部分。其中DC/DC部分是重點部分。

2 方案設計、論證與選擇

（1）MCU部分采用STC89C52單片機。這種單片機兼容MCS51指令系統，3個16位可編程定時/計數器中斷且具有低功耗空閑和掉電模式，其軟件可以設置睡眠和喚醒功能。STC89C52單片機運行速度比AT89C5單片機快，并且自帶A/D轉換，在下載程序方面，直接串口就可以下載，故選擇STC89C52。（2）開關電源（DC/DC變換部分）采用開關管（CMOS管）制作DC/DC電路。此法即用PWM控制開關管使開關管工作在開關狀態，這樣效率很高，但是電壓紋波大對濾波電路要求高。PWM控制節約空間比較經濟，故選擇開關管（CMOS管）。（3）升壓模塊采用XL6009芯片升壓。使輸入電壓升壓為10V電壓。經多次數據測試采集比對之后，芯片在穩定性以及效率工作上能夠調試滿足80%的效率要求，故選擇XL6009芯片升壓。（4）D/A電路利用TLC2543芯片。TLC2543是T1公司的12位串行模數轉換器，使用開關電容逐次逼近技術完成A/D轉換過程。（5）因為本系統中按鍵較少所以采用獨立鍵盤；LCD液晶顯示省電且不產生高溫，因此選擇LCD液晶顯示。

3 單元模塊介紹

3.1 升壓模塊

本系統采用XL6009模塊。XL6009具有超寬的輸入電壓范圍：3V-32V，最佳工作電壓范圍：5-32V；具有超寬的輸出電壓范圍：5V-35V；內置4A高效MOSFET開關管，使效率最高達到94%；超高開關頻率400kHz，用小容量的濾波電容即能達到非常好的效果，紋波更小，體積更小。本模塊相對于LM2577的三極管推動方式轉換效率更高；且是可調的升壓模塊，可以通過調節模塊上面的精密多圈可調電位器來改變輸出電壓。

3.2 D/A模塊

本系統采用TLC系列芯片，使用開關電容逐次逼近技術完成A/D轉換過程。由于是串行輸入結構，能夠節省51系列單片機I/O資源；并具有分辨率較高的特點，驅動簡單因此在在本系統中可以完成轉換任務，所以選擇TLC2543芯片。

3.3 開關電源（DC/DC變換部分）模塊

如圖1所示，利用開關芯片SG3524專用的開關電源芯片產生500kHz的PWM信號，控制開關管IRF9540然后通過儲能原件電感對外電路提供電流，輸出電流端通過R14的1K電阻將電阻電壓反饋到SG3524的反饋輸入端進行閉環控制產生恒定的電壓。然后通過單片機控制10位DA芯片TLC5615產生基準電壓輸入到SG3524的1腳即基準電壓輸入端，這樣不同的基準電壓對應不同的輸出電流。其中2200UF電容起到濾波作用，二極管起到保護反像電流的作用，1K電阻和10K精密可調電阻構成分壓電路，將輸出電壓分壓后采樣電壓反饋到輸入SG3524的反饋輸入端，然后進行閉環控制PWM使得輸出穩定電壓。增加PWM鎖存器使關閉作用更可靠；比較器（脈沖寬度調制）輸出送到PWM鎖存器，鎖存器由關閉電路置位，由振蕩器輸出時間脈沖復位。這樣，當關閉電路動作，即使過電流信號立即消失，鎖存器也可維持一個周期的關閉控制，直到下一個周期時鐘信號使鎖存器復位為止。

3.4 MCU控制模塊

此模塊由單片機最小系統、液晶顯示模塊、獨立鍵盤及報警4個模塊組成。本模塊可以通過單片機控制選擇電流并顯示在LCD屏幕上，當等效直流負載電阻過大時，輸出電壓限幅值高于10.5V并報警。

4 測試結果

剛開始測試結果不符合要求，通過不斷的調試計算數據，發現電路損耗和芯片選擇不合適，影響了輸出結果，通過更換芯片后測量輸出結果可以達到要求。部分數據如表1所示。

表1

參考文獻

[1]應用電子技術[J].泰州職業技術學院學報，2001（2）.

[2]陳國華，陳紅英.應用電子技術專業大型實驗的實踐[J].實驗室研究與探索，1996（4）.

[3]付微，孟波.電子商務技術研究及應用[J].決策借鑒，2002（3）.

作者簡介：鄭凱（1986-），男，陜西省戶縣人，工作單位：西安交通工程學院，職務：教師，研究方向：控制類。