基于单片机的LED闪光灯电源设计

摘 要：本设计采用Ti公司的MSP430F169芯片作为系统处理核心，完成了LED闪光灯电源的构建。系统主要由开关型升压电路模块、恒流源电路模块、A/D和D/A转换模块、按键控制模块以及报警提示模块组成。开关型升压电路模块采用XL6009升压芯片，通过调节滑动变阻器，改变输出电压大小；恒流源电路模块由P沟道场效应管F9530N、LM358运放以及单片机内部D/A组成，实现恒流输出；报警提示模块使用单片机内部ADC12模数转换功能，将模拟信号转换成数字信号实现报警。该电源具有连续输出和脉动输出两种模式，并具有欠压保护和过热保护功能。

关键词：单片机；升压电路；恒流源

1 系统方案

本系统由输入直流电源经过开关型升压电路转换，输出12V电压，为恒流源电路提供工作电压。通过按键控制单片机内部的D/A输出信号，使恒流源电路输出恒定电流。此时负载两端的电压值大于设定值时，由单片机内部A/D信号控制报警模块报警。系统结构框图如图1所示：

2 升压电路分析

电路主要由XL6009升压型直流电源变换器芯片、肖特基二极管B54以及电感组成。XL6009的3脚输出为方波信号。作为开关，当3脚输出低电平时，D1截止，电感L1作为储能元件储存电压，电容与RV1和R1组成一个回路放电，使输出电压下降；当3脚输出高电平时，D1导通，电感L1向电容两端充电，输出电压升高。RV1与R1是XL6009内部组成的电压放大器，作为负反馈稳定输出电压，由电阻RV1和R1控制电压放大倍数。升压模块电路原理图如图2所示：

3 恒流源电路设计

该电路主要由LM358运放和P沟道场效应管F9530N组成。当D/A输出电压（即2脚电压）升高时，LM358的1脚输出电压减小，F9530N的门极G和源极S电压增大，控制SD间电压减小，使负载和地之间电压增大，采样电压随之增大，使LM358的3脚电压跟随2脚电压变化，从而起到恒流作用。通过开关通断，切换不同的负载，使输出电流满足不同档位恒流的要求。恒流源电路原理如图3所示。

4 输入电源的分析计算

输入电压为3.0～3.6V，所以选择额定输出电压为Uout=3.6V的锂电池。根据最大输出功率是Pmax=10V*0.6A=6W，按系统整机效率80%计算，则输入电源的输出功率Pout=Pmax/0.8=7.5W，输入电压的输出电流I=Pout/Uout=2.08A。一节干电池最大输出电流为2.2A，为保证续流能力，故选择两节3.6V锂电池。

5 提高效率的方法

（1）F9530N为低压差场效应管，属于电压控制型器件，它的导通几乎不会消耗电流，功耗极小，故选择F9530N来提高效率。（2）采样电阻的阻值很小，功耗相对较小。（3）电源的接线采用粗铜丝导线，内阻非常小，对应的损耗小，提高了输出功率，故效率有所提高。

6 系统测试结果及分析

当接上负载，在连续输出模式下，对应的输出电压、输出电流及相对误差如表1所示：

从表1中可以看出，当接上负载，在连续输出模式下，输出电流可设定3个档。最高输出电压为10.23V，最大输出电流相对误差为1%，LED闪光灯可正常工作，具有控制精确，误差小，并有高精度实时显示电压和电流大小的优点。

参考文献

[1]郭天祥.51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2009.

[2]TI.德州仪器高性能模拟器件高校应用指南――信号链与电源[Z]上海：TI中国大学计划，2014.

[3]胡宴如.模拟电子技术[M].北京：高等教育出版社，2008.

[4]王昊，李昕.集成运放应用电路设计360例[M].北京：电子工业出版社，2007.

作者简介：赵新（1980-），女，山东青岛人，硕士研究生，武汉交通职业学院电子与信息工程学院讲师，主要从事电子系统设计方面的研究。