基于單片機的LED閃光燈電源的設計

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。實際測試結果表明，本系統(tǒng)可設置連續(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，電路設計新穎，簡單，抗干擾能力強。

關鍵詞：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結構的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模式（1x）、間歇模式（1.5x）和倍增模式（2x）的可調(diào)容量相結合，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)結構

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，場效應開關管，白光LED等主要模塊。

2 電路整體設計

2.1 電路設計

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 指標測試與結果分析

（1）通過軟件設定連續(xù)輸出模式輸出電流設定為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%。

實驗結果表明，本系統(tǒng)設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，電路設計新穎，簡單，抗干擾能力強。

參考文獻

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