LED閃光燈電源

1、摘要本設(shè)計(jì)使用LTC3872作為DC-DC升壓電路主控器件，效率可達(dá)90%以上，采用TI公司的高速高精度運(yùn)放TLC272作為恒流電路反饋芯片，有效保證電流穩(wěn)定輸出，使用 STC15W4K48S4為主控MCU，單片機(jī)內(nèi)部A/D做按鍵掃描，僅使用一路IO口完成多個(gè)按鍵的操作。采用LCD12864作為顯示的LED閃光燈電源有連續(xù)輸出和脈動(dòng)輸出兩種模式，實(shí)時(shí)地顯示連續(xù)和脈沖輸出模式下的電流狀態(tài)。脈動(dòng)模式時(shí)，使用輕觸按鍵通過單片機(jī)定時(shí)器模式控制PWM脈沖輸出，滿足預(yù)設(shè)電流的相對誤差小于2%的要求。使用TI公司12位D/A TLV5616控制恒流，極大提高了輸出電流的精度。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，A/D，D/A,

2、PWM脈沖目錄摘要01、系統(tǒng)方案21.1系統(tǒng)框圖21.2方案設(shè)計(jì)與比較23、電路與程序設(shè)計(jì)33.1硬件電路設(shè)計(jì)33.2程序流程圖44、測試方法與測試結(jié)果65總結(jié)7參考文獻(xiàn)71、系統(tǒng)方案1.1系統(tǒng)框圖圖1 系統(tǒng)框圖1.2方案設(shè)計(jì)與比較1.2.1主控器模塊的設(shè)計(jì)方案與選擇主控器負(fù)責(zé)控制與協(xié)調(diào)其他各個(gè)模塊工作，并進(jìn)行簡單的數(shù)字信號處理。在整個(gè)電子負(fù)載系統(tǒng)中，主控器是系統(tǒng)的控制中心，其工作效率的高低關(guān)系到系統(tǒng)效率的高低以及系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。方案一：采用MSP430功能強(qiáng)大，速度快，相比51而言，這些是明顯的優(yōu)勢。但是，MSP430作為混合信號處理器，針對許多具體應(yīng)用，許多功能未必有用。方案二：STC1

3、5F204EA單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超低價(jià)A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)單片機(jī)，1個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期，高速、高可靠，8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換，內(nèi)部高精度R/C時(shí)鐘，徹底省掉外部昂貴的晶振?？紤]實(shí)際情況，我們選擇了STC15F204EA作為主控芯片，此芯片對于本次設(shè)計(jì)資源完全夠用。1.2.2升壓模塊方案一：FP6290H是電流模式升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器。它的PWM電路，內(nèi)阻0.2功率MOSFET使該轉(zhuǎn)換器的功率高效率。內(nèi)部具有1.24V精密參考電壓。方案二：使用分離式元件構(gòu)成升壓電路，升壓后較為穩(wěn)定，但電路較為復(fù)雜，對元器件的精度要求較高。綜合考慮，方案一電路結(jié)構(gòu)簡單，升壓穩(wěn)定而且可以調(diào)節(jié)輸出電壓，我們選

4、擇方案一。1.2.3恒流模塊方案一：采用單片機(jī)作為整機(jī)控制單元，通過鍵盤來設(shè)置直流電源的輸出電流，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器（TLV5616）來輸出模擬量并發(fā)送到LCD進(jìn)行顯示，使輸出電流達(dá)到小于2%的誤差范圍。方案二：由晶體管構(gòu)成鏡像恒流源 ，該電路的缺點(diǎn)之一在于電流的測量精度受到兩個(gè)晶體管的匹配程度影響，其中涉及到比較復(fù)雜的工藝參數(shù)。另一缺點(diǎn)在于，集電極最大輸出電流約為幾百毫安，而題目要求輸出電流為102000mA，因此由晶體管構(gòu)成的恒流源不適合采用。最終我們選擇方案一作為橫流輸出模塊設(shè)計(jì)原理。1.2.4脈沖輸出方案方案一：使用NE555定時(shí)器調(diào)節(jié)輸出脈沖，只需簡單的電阻器、電容器，即可完

5、成特定的振蕩延時(shí)作用。其延時(shí)范圍極廣，可由幾微秒至幾小時(shí)之久，它的計(jì)時(shí)精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價(jià)格便宜。方案二：使用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器控制PWM脈沖信號，程序簡單，輸出波形穩(wěn)定，通過外部按鍵很容易控制輸出PWM輸出不同脈沖，且易于實(shí)現(xiàn)。最終方案二結(jié)構(gòu)簡單，且充分利用單片機(jī)的定時(shí)器功能特性，易于實(shí)現(xiàn)，節(jié)省資源。3、電路與程序設(shè)計(jì)3.1硬件電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算3.1.1電源升壓電路LTC3872 是一款恒定頻率、電流模式、升壓型 DC/DC 控制器，用于驅(qū)動(dòng)一個(gè) N 溝道功率 MOSFET，而且所需的外部組件非常之少。No RSE

6、NSETM 架構(gòu)免除了增設(shè)一個(gè)檢測電阻器的需要，并改善了效率、節(jié)省了板級空間。圖2 升壓電路參數(shù)計(jì)算: Vo=1.2V×1+R2R1設(shè) R1=11.8K要使輸出電壓為12V，則根據(jù)公式的R2=107K 3.1.2恒流電路基本電路為由運(yùn)算放大器TLC272做電流串聯(lián)負(fù)反饋、N溝道增強(qiáng)型MOS管IRF640為驅(qū)動(dòng)，0.5采樣電阻電路組成的恒流電路。V2為模擬單片機(jī)控制D/A輸出電壓，V1為模擬D/A輸出電壓值。R2作為負(fù)載測試輸出。 圖3 恒流電路參數(shù)計(jì)算：Io（V2R4R3）/R13.2程序流程圖本系統(tǒng)采用12位AD和DA做作為模擬采樣和控制輸出，極高的保證了電流的穩(wěn)定和脈沖

7、的可靠性。圖4 流程圖4、測試方法與測試結(jié)果使用電池給供電，主要測試電池電壓，電池電流，負(fù)載電壓以及負(fù)載電流，測試數(shù)據(jù)如下表所示：連續(xù)輸出模式電流測試結(jié)果如表1所示：表1測試結(jié)果序號輸出電壓 V輸出電流 (mA)110.121100.01210.102150.12310.112199.87效率測試結(jié)果如表2所示：表2 測試結(jié)果序號輸入電壓 (V)輸入電流 (mA)輸出電壓(V)輸出電流(mA)效率(%)13.2535.9910.22199.3284.223.3523.5410.23200.3484.333.1551.0810.13200.2984.2脈沖模式測試數(shù)據(jù)如下表3：表3 測試結(jié)果輸出

8、檔位最高(mA)最低(mA)平均(mA)300mA檔312296304.5450mA檔462446453.4600mA檔604593598.5脈沖周期測試如下表4：表4測試結(jié)果脈沖檔位（ms）測試一（ms）測試二（ms）測試三（ms）1010.02210.0019.9913030.04330.01329.983100100.024100.01199.9325總結(jié)經(jīng)過四天三夜的辛勤努力，我們實(shí)現(xiàn)了題目的要求。在某些性能參數(shù)上超過了題目的要求。但由于時(shí)間緊，工作量大，系統(tǒng)還存在許多可以改進(jìn)的地方，比如電路布局和抗干擾方面還有很大的提升空間。相信經(jīng)過改進(jìn)，性能還會(huì)有進(jìn)一步的提升。本次競賽極大的鍛煉了我們，雖然遇