LED闪光灯的设计

摘 要：LED闪光灯核心是DC-DC稳流电源变换器，原理是将电池的电能转换为恒流输出，从而驱动高亮度白光LED。LED电源顾名思义就是供恒定电压的电源，并且使开关管处在开关状态。实现开关源种类有很多，比如升压式DC-DC变换、降压式、正激励、单端反激励式等等。开关电源主要思路是，通过输出端的采样电阻反馈然后通过调节PWM再调整电压输出。

关键词：DC-DC稳流电源；开关电源；PWM开关

1 设计思路

制作一个0到20V的电源，利用单片机控制开关电源专用芯片SG3524产生500kHz的PWM发生电路，驱动MOS管IRF9540，输出电压端口流端通过1K反馈电阻将电阻电压反馈到SG3524的反馈输入端进行闭环控制产生恒定的电压。然后通过单片机控制10位DA芯片产生基准电压输入到SG3524的1脚即基准电压输入端，这样不同的基准电压对应不同的输出电电压，实现了电压的数控，10位AD分辨率为1/1024，完全达到0到20V步进0.1V。系统电路共分MCU控制部分，DA转换部分、DC/DC变换部分，液晶显示、按键输入部分。其中DC/DC部分是重点部分。

2 方案设计、论证与选择

（1）MCU部分采用STC89C52单片机。这种单片机兼容MCS51指令系统，3个16位可编程定时/计数器中断且具有低功耗空闲和掉电模式，其软件可以设置睡眠和唤醒功能。STC89C52单片机运行速度比AT89C5单片机快，并且自带A/D转换，在下载程序方面，直接串口就可以下载，故选择STC89C52。（2）开关电源（DC/DC变换部分）采用开关管（CMOS管）制作DC/DC电路。此法即用PWM控制开关管使开关管工作在开关状态，这样效率很高，但是电压纹波大对滤波电路要求高。PWM控制节约空间比较经济，故选择开关管（CMOS管）。（3）升压模块采用XL6009芯片升压。使输入电压升压为10V电压。经多次数据测试采集比对之后，芯片在稳定性以及效率工作上能够调试满足80%的效率要求，故选择XL6009芯片升压。（4）D/A电路利用TLC2543芯片。TLC2543是T1公司的12位串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。（5）因为本系统中按键较少所以采用独立键盘；LCD液晶显示省电且不产生高温，因此选择LCD液晶显示。

3 单元模块介绍

3.1 升压模块

本系统采用XL6009模块。XL6009具有超宽的输入电压范围：3V-32V，最佳工作电压范围：5-32V；具有超宽的输出电压范围：5V-35V；内置4A高效MOSFET开关管，使效率最高达到94%；超高开关频率400kHz，用小容量的滤波电容即能达到非常好的效果，纹波更小，体积更小。本模块相对于LM2577的三极管推动方式转换效率更高；且是可调的升压模块，可以通过调节模块上面的精密多圈可调电位器来改变输出电压。

3.2 D/A模块

本系统采用TLC系列芯片，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机I/O资源；并具有分辨率较高的特点，驱动简单因此在在本系统中可以完成转换任务，所以选择TLC2543芯片。

3.3 开关电源（DC/DC变换部分）模块

如图1所示，利用开关芯片SG3524专用的开关电源芯片产生500kHz的PWM信号，控制开关管IRF9540然后通过储能原件电感对外电路提供电流，输出电流端通过R14的1K电阻将电阻电压反馈到SG3524的反馈输入端进行闭环控制产生恒定的电压。然后通过单片机控制10位DA芯片TLC5615产生基准电压输入到SG3524的1腳即基准电压输入端，这样不同的基准电压对应不同的输出电流。其中2200UF电容起到滤波作用，二极管起到保护反像电流的作用，1K电阻和10K精密可调电阻构成分压电路，将输出电压分压后采样电压反馈到输入SG3524的反馈输入端，然后进行闭环控制PWM使得输出稳定电压。增加PWM锁存器使关闭作用更可靠；比较器（脉冲宽度调制）输出送到PWM锁存器，锁存器由关闭电路置位，由振荡器输出时间脉冲复位。这样，当关闭电路动作，即使过电流信号立即消失，锁存器也可维持一个周期的关闭控制，直到下一个周期时钟信号使锁存器复位为止。

3.4 MCU控制模块

此模块由单片机最小系统、液晶显示模块、独立键盘及报警4个模块组成。本模块可以通过单片机控制选择电流并显示在LCD屏幕上，当等效直流负载电阻过大时，输出电压限幅值高于10.5V并报警。

4 测试结果

刚开始测试结果不符合要求，通过不断的调试计算数据，发现电路损耗和芯片选择不合适，影响了输出结果，通过更换芯片后测量输出结果可以达到要求。部分数据如表1所示。

表1

参考文献

[1]应用电子技术[J].泰州职业技术学院学报，2001（2）.

[2]陈国华，陈红英.应用电子技术专业大型实验的实践[J].实验室研究与探索，1996（4）.

[3]付微，孟波.电子商务技术研究及应用[J].决策借鉴，2002（3）.

作者简介：郑凯（1986-），男，陕西省户县人，工作单位：西安交通工程学院，职务：教师，研究方向：控制类。