一種LED閃光控制電源的設計

吳英凱

【摘要】 互聯網是面向社交網絡及圖片與視頻共享最受歡迎的媒介，以多媒體為核心的手機，正在向更大尺寸，更高分辨率的方向發展。一般的數碼相機采用的是氙氣燈作為閃光源，這需要較大容量的電源。LED發光亮度大，啟動電壓小，已成為移動電話中電影照明和相機閃光燈的解決方案。

【關鍵詞】 STM32F103ZET6 PWM DC-DC 恒流源 DDS

一、總體設計方案

該方法采用ST公司的STM32F103ZET6單片機為主控芯片，采用128*64液晶顯示，利用XL6009實現DC-DC升壓轉換，由TIP122、8050、 LM356組成電流串聯負反饋原理構成恒流源，單片機實現電流檔位選擇與PWM控制，負載電流電壓采集以及功率的計算，完全能夠達到方案所有要求，并且誤差較小，由單片機產生PWM來控制場效應管，來實現功能要求。該系統主要分為單片機系統、DC-DC升壓模塊、恒流源模塊、驅動模塊等外圍電路搭建而成，DC-DC升壓采用XL6009芯片及其外圍電路構成，恒流源由復合管及誤差放大器電路構成，其中的功率要求由硬件與軟件結合完成，主體由PWM控制來實現其要求。

二、設計參數計算

2.1主控電路模塊

采用STM32F103ZET6來作為主控電路，該芯片自帶多路PWM輸出功能，功能十分強大，對于本次項目比較適合，減少了外圍電路的搭建，節約了許多的時間。

2.2 DC-DC升壓模塊

方案一、采用SL8203系列的產品來實現這一部分的要求，此系列的產品外接元件少，并且可以將電壓升到題目要求中的電壓值，但這一系列的芯片最高效率只達到89%，且購買不方便，故放棄。

方案二、采用升壓型直流電源變換IC芯片XL6009搭建的升壓型的電路，其電路外圍電路搭建簡單，元件少，并且有準備這個芯片，而且電路放大電壓完全能夠達到題目所給的要求，甚至項目設計的要求。故選用此方案。

2.3恒流源模塊

方案一、由三端可調式集成穩壓器W350來實現恒流源模塊，其典型恒流源圖如下所示，該芯片最大輸出電流為3A，該方案結構簡單，外圍元件少，調試方便，而且價格便宜，但是該電路中所需精密的大功率的數控電位器難購買，所以放棄此方案。

方案二、根據開關電源的原理， 由DC-DC-AC、PWM控制開關管，經濾波電路，經電流輸出取樣反饋由單片機構成閉環控制，實現輸出可調的電流源。

方案三、D/A控制直流電流負反饋。該方案由電流取樣、比較放大、調整形成電流串聯負反饋，實現恒流源，經D/A步進控制電流檔位。該方案電路簡潔，易控制，完全能夠達到項目設計所提的要求。

2.4恒流源原理及分析

恒流源部分采用TIP122與8050組成的復合管，后接入一個誤差放大器穩壓電流輸出，然后由單片機內部的D/A轉換器產生的模擬量Ui誤差放大器的同相端，若將模擬量作為運放LM356的輸入量，則取樣電阻R16引入的反饋是電流串聯負反饋。

2.5功率分析及計算

項目設計中要求輸出電流200mA，輸出電壓10V時，效率不低于80%時，取樣電阻為0.8Ω5W。當取樣電壓Vi=0.531V 輸入電壓：3.37V

Po=Vo×Io=9.995×0.2=1.998W

Pi=Ii×Vi=3.37×0.531÷0.8=2.236W

η= Po/ Pi=1.998÷2.236=89.36%

經過計算功率后，η=89.36%>80%題目要求。

三、系統測試

1.系統測試及數據

1.1脈動輸出模式下，實測占空比T=33.3%，相對誤差<0.1%，滿足條件。

1.2脈動輸出模式下，①T=10ms，下降沿TP=200ns，TP<100us

②T=30ms，下降沿TP=200ns，TP<100us

③T=100ms，下降沿TP=200ns，TP<100us

綜合結果分析：下降沿時間TP均小于100us，滿足要求。

四、結論及分析

本方案能夠滿足LED電壓控制基本要求，并且誤差很小，中間的誤差主要是由于電路中硬件搭建以及和單片機程序中的配合會有一定的誤差，都達到了方案中的要求。