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LED闪光灯电源
作者：赵晓莹
来源：《科技创新与应用》2016年第27期
摘要：在使用电池供电的便携设备中，很多时候是通过直流升压电路获得所需要的高电压（例如照相机中的闪光灯）。本次设计要求是将电池的电能转化为恒流输出，设计核心部分为DC/DC稳流电压变换器，DC/DC电压变换完成不同直流电压值的变换，电压变换后通过恒流控制电路实现恒流输出。本设计电路由DC/DC电压变换模块、控制模块、模式选择电路、恒流控制模块、保护电路、报警电路等组成。关键词：直流升压电路；DC/DC；恒流输出1概述
设计并制作一个LED闪光灯电源。该电源的核心为直流-直流稳流变换器，它能将电池的电能转换为恒流输出，驱动高亮度白光LED，设计的电源同时具有升压、恒流两种功能。升压部分通过DC/DC实现，升压后的输出电流易受干扰不稳定，需要设置稳流控制电路。整个电路具有两种输出模式，一种连续输出模式，一种脉动输出模式，电流大小可设定不同的控制档位，负载电阻变大，当输出电压高于设定值时有过压保护和报警功能。本设计的DC/DC恒流变换器能量转换效率高，输出电流200mA输出电压10V时输出效率应高于80%。2方案设计2.1总体方案
本系统设计能够将电池的输入电压进行升压，升压后通过进入模式选择电路，由主控系统控制模式选择，选择模式后进入恒流控制电路，经过恒流的电流最后输入到负载端，负载端接取样电路；当负载变化造成电压超出限定幅值时，取样电路取样后送控制保护电路同时发出警报。电路框图如图1所示。系统核心部分为DC/DC变换器，输入电源一路经过DC/DC变换器升压后进入模式选择模块，用户通过按键控制主控电路切换不同输出模式，选择后电流通过恒流控制电路实现恒流输出，最后输出接入负载，输入电源另一路经过变压后作为辅助电源给整个设计电路供电。主控电路由主控芯片与数模转换电路组成，实现通过软件对硬件电路调控。2.2DC/DC电源变换器设计
DC/DC电源变换器框图如图2所示。当开关管导通时，能量从输入电源流入，并储存于电感L中，由于开关管导通期间正向饱和管压降很小，故这时二极管VD反偏，负载由滤波电容C供给能量，将C中储存的能量释放给负载。当开关管截止时，电感L中电流不能突变，它所产生的感应电势阻止电流减小，二极管VD导通，电感中储存的能量以及输入电压通过二极管VD、给电容C充电，并供给负载。
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在开关管导通的ton期间，能量储存在电感L中，在开关管截止的toff期间，电感L释放能量，补充在ton期间电容C上损失的能量。开关管截止时电感L上电压跳变的幅值是与占空比有关的，ton愈长，L中峰值电流大，储存的磁能愈大。[1]所以，如果在ton期间储存的能量要在toff期间释放出来，那么L上的电压脉冲必定是比较高的。假定开关管没有损耗，并联变换器电路在输入电压Ui、输入电流Ii下，能在较低的输出电流I0下，输出较高的电压U0。当开关管导通时，忽略管子的导通压降，电感L上的电压为输入电压Ui，并且电流线性上升，当开关管截止时，则L中的电流线性下降，而在稳态，ton期间L中电流的增量应等于toff期间电流的减量，则输出电压与输入电压的关系由下式决定：2.3恒流控制电路
恒流控制电路采用场效应管、集成运放OP07、电压反相器组成。其中，场效应管的漏极D与DC/DC电压输出端相连，栅极G与集成运放输出端相连[2]。利用电压反相器使集成运放的四号引脚为负电压，从而保证集成运放能够输出负电压控制场效应管断开。在场效应管源极S串接一个电压采样电阻将电压反馈到集成运放负向输入端，当输出负载端电流减小时，场效应管源极电位减小，集成运放负向输入端电压减小，使集成运放输入电压增大，输出电压增大，场效应管栅极电压增大，从而使负载端输出电流增大，反之当负载输出端电流增大时，通过电压负反馈，又会使输出电流减小，最终使负载输出端恒流输出。2.4报警电路与保护电路
当主控芯片检测到负载两端电压超过限定幅值时，主控芯片会控制三极管导通，触发蜂鸣器发出警报；与此同时，主控芯片会控制场效应管与继电器同时断开，这时DC/DC转换器输出不能传到恒流控制电路，从而起到保护作用[3]。3程序流程图
为了实现整个电路具有两种输出模式，一种连续输出模式，一种脉动输出模式，电流大小可设定不同的控制档位，负载电阻变大，当输出电压高于设定值时有过压保护和报警功能。[4]主控电路由主控芯片与数模转换电路组成，通过编程实现通过软件对硬件电路调控。程序流程图如图4所示。4测试结果
（1）电流测试：在电源输出端串接万用表（测电流）与滑动变阻器，将滑动变阻器调至50Ω，选择100mA档输出时，记录测量数值，调节滑动变阻器并观察电流是否变化。同理测试150mA和200mA电流档。（2）效率测试：在LED闪光灯电源输入端接入电源台并串接一个万用表（测电流），在LED闪光灯电源输出端串接滑动变阻器，将滑动变阻器调至50Ω。计算公式η=POUT/Pin×100%。（3）脉动输出测试：在输出端接入等效电阻，选择脉动输出模
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式，设定周期并确定输出，将示波器接地端接在输出负端，示波器探头接输出正极，观察示波器正占空比、周期、上升时间、下降时间并记录。（4
