基于單片機的LED閃光燈電源設計

摘 要：本設計采用Ti公司的MSP430F169芯片作為系統處理核心，完成了LED閃光燈電源的構建。系統主要由開關型升壓電路模塊、恒流源電路模塊、A/D和D/A轉換模塊、按鍵控制模塊以及報警提示模塊組成。開關型升壓電路模塊采用XL6009升壓芯片，通過調節滑動變阻器，改變輸出電壓大小；恒流源電路模塊由P溝道場效應管F9530N、LM358運放以及單片機內部D/A組成，實現恒流輸出；報警提示模塊使用單片機內部ADC12模數轉換功能，將模擬信號轉換成數字信號實現報警。該電源具有連續輸出和脈動輸出兩種模式，并具有欠壓保護和過熱保護功能。

關鍵詞：單片機；升壓電路；恒流源

1 系統方案

本系統由輸入直流電源經過開關型升壓電路轉換，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內部的D/A輸出信號，使恒流源電路輸出恒定電流。此時負載兩端的電壓值大于設定值時，由單片機內部A/D信號控制報警模塊報警。系統結構框圖如圖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。作為開關，當3腳輸出低電平時，D1截止，電感L1作為儲能元件儲存電壓，電容與RV1和R1組成一個回路放電，使輸出電壓下降；當3腳輸出高電平時，D1導通，電感L1向電容兩端充電，輸出電壓升高。RV1與R1是XL6009內部組成的電壓放大器，作為負反饋穩定輸出電壓，由電阻RV1和R1控制電壓放大倍數。升壓模塊電路原理圖如圖2所示：

3 恒流源電路設計

該電路主要由LM358運放和P溝道場效應管F9530N組成。當D/A輸出電壓（即2腳電壓）升高時，LM358的1腳輸出電壓減小，F9530N的門極G和源極S電壓增大，控制SD間電壓減小，使負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。通過開關通斷，切換不同的負載，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。根據最大輸出功率是Pmax=10V*0.6A=6W，按系統整機效率80%計算，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。一節干電池最大輸出電流為2.2A，為保證續流能力，故選擇兩節3.6V鋰電池。

5 提高效率的方法

（1）F9530N為低壓差場效應管，屬于電壓控制型器件，它的導通幾乎不會消耗電流，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線，內阻非常小，對應的損耗小，提高了輸出功率，故效率有所提高。

6 系統測試結果及分析

當接上負載，在連續輸出模式下，對應的輸出電壓、輸出電流及相對誤差如表1所示：

從表1中可以看出，當接上負載，在連續輸出模式下，輸出電流可設定3個檔。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，并有高精度實時顯示電壓和電流大小的優點。

參考文獻

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[2]TI.德州儀器高性能模擬器件高校應用指南——信號鏈與電源[Z]上海：TI中國大學計劃，2014.

[3]胡宴如.模擬電子技術[M].北京：高等教育出版社，2008.

[4]王昊，李昕.集成運放應用電路設計360例[M].北京：電子工業出版社，2007.

作者簡介：趙新（1980-），女，山東青島人，碩士研究生，武漢交通職業學院電子與信息工程學院講師，主要從事電子系統設計方面的研究。