基于STM32的LED闪光灯电源的设计与制作

电子电路设计与方案基于STM32的LED闪光灯电源的设计与制作作者/王云飞、张凯，郑州铁路职业技术学院文章摘要：本系统是基于STM32的高效率LED闪光灯的电源。采用DC-DC变换器，通过按键进行界面切换，通过液晶屏显示必要信息。电池输入3V〜3.6V电压升压到10.32V,然后利用场效应管和运放组成的压控恒流源来实现直流电压-直流电流变换。电源具有连续输出和脉冲输出两种模式，可以按键操作，具有输出电压限压保护和报警功能。关键词：LED;闪光灯电源；STM32;DC-DC1.总体设计方案该系统由DC-DC电源转换电路、控制电路和报警显示三部分组成。系统结构框图如图1所示。DC-DC电源转换电路由BOOST升压启动电路、线性压控稳流源电路这两部分构成；控制电路采用当下最流行的STM32系列单片机STM32F103C8T6为控制核心，接收并处理按键、ADC采集等信息，根据系统要求调节电源的工作模式和处理显示信息；报警和显示电路由NOKIA5110液晶、蜂鸣器等组成，液晶用来显示电压电流信息，当系统达到一定条件时进行报警。图1总体设计框图2.硬件电路设计LED闪光灯电源是以STM32F103C8T6为控制核心。硬件电路包括升压启动电路、线性压控稳流源电路、STM32控制电路、ADC测量电路、DAC控制电路。STM32F103C8T6有2个12位AD,精度高，控制简单，性价比高。■2.1升压启动电路的设计该电路采用外置M0S升压电路，因为此电路需要较大电流，但是由于M0S的开启电压为4V左右，如果直接给PT1301供电的话则无法开启外部M0S，所以先采用第一个PT1301内部M0S进行升压到5V给第二个PT1301供电来驱动外部M0S升压。然后通过VREF=1.25V和反馈端电阻的匹配计算出输出电压。由于PT1301的低启动输入电压典型值为0.8V，而且效率高达90%，自带基准VREF=1.25V，因此可满足供电3.0V〜3.6V的要求。PT1301还提供用于驱动外部功率器件（NM0S或NPN)的驱动端口，以便应用在需要更大负载电流时，扩展输出电流。500kHz的开关频率可缩小外部元件的尺寸。输出电压由两个外部电阻设定。1叫八的低静态电流，再加上高效率，可使电池使用更长时间。■2.2线性压控稳流源电路单片机通过DA给定一个基准电压值经一定比例的衰减送到运放的同相输入端，由运放特性可知，在采样电阻Rs两端施加_个固定的电压，进而控制输出电流。改变DA输出值就能改变输出电流值。输出电压限幅报警电路设计，利用运放构建的电压比较器驱动三极管使蜂鸣器报警。线性功率输出管工作在线性状态。通过DA给定一个基准值，该基准值直接或间接的施加在采样电阻两端，并适时检测输出电流进行电流负反馈，从而稳定该基准值以实现恒流输出。由于输出功率管工作在线性状态，具有稳流精度高的优点。同时还具有控制简单，易于实现等优点。|7电子电路设计与方案■2.3STM32控制及设定电路的设计电路采用STM32F103C8T6作为主控，显示采用Nokia5110液晶屏，通过按键设定，控制单片机对DAC8552进行操作，从而输出一个恒定或脉冲的电压值。STM32作为主控不仅可以高效的控制整个系统，而且通过设置寄存器，可使系统进入低功耗状态，且STM32F103C8T6又是STM32芯片中较经济实惠的一款，性价比高。3.软件程序设计程序设计上，关闭不必要的外设和时钟，功耗可以大幅降低，且在不影响控制效果的条件下，通过关闭单片机来减少功耗，迎合效率要求。在产生脉冲方面利用单片机自身所带的定时器，在定时器溢出时翻转脉冲信号同时改变标志号，在下_次溢出时，再次翻转电平，STM32在定时中断上可以达到很高的精度。(a)连续输出模式程序流程图（b)脉冲输出模式程序流程图图4系统主要程序流程图4.系统测试■4.1测试仪器和设备进行数据测试时使用的仪器仪表如下所示：数字万用表，FLUKE17b;LCR数字电桥，HF2810C型；100M数字示波器，DS1104Z。■4.2测试结果(1).当输入电压Vi在3.0〜3.6V变化时输出电流丨〇，输出电压Uo测量数据如下所示:表1电流测试结果电流档位输入电压最大输出电压最小输出电压输出电流输出电流误差100mA3.0V-3.6V10.32V0V100mA0%150mA3.0V-3.6V10.32V0V150mA0%200mA3.0V-3.6V10.32V0V200mA0%(2).当选定200mA电流档，带载50Q时效率测量数据如下所示：表2效率测试结果输入电压输入电流输出电压输出电流效率3.0V822mA10V200mA81%3.3V731mA10V200mA83%3.6V644mA10V200mA86%(3).当Vi=3.0V，带载10Q时输出脉冲电流峰值测量数据如下所示：表3脉冲电流峰测试结果电流档位峰值电压计算峰值电流峰值电流误差300mA2.99V299mA0%450mA4.51V451mA0%600mA5.97V597mA0%(4).当Vi=3.0V，带载10Q时输出脉冲周期、占空比测量数据如下所示：表4脉冲周期、占空比测试结果档位周期档位实测周期周期误差占空比占空比误差300mA10ms10ms0%33%0%30ms30ms0%33%0%100ms100ms0%33%0%450mA10ms10ms0%33%0%30ms30ms0%33%0%100ms100ms0%33%0%600mA10ms10ms0%33%0%30ms30ms0%33%0%100ms100ms0%33%0%5.结束语本设计以STM32为核心的高效节能LED闪光灯电源，通过按键切换实现连续式和触发式脉冲输出，能够精确的输出所需电流。并经多次测量证明系统的稳定性和准确度，部分指标超过题目要求。可以广泛用于数码照像机等数码广品中。参考文献氺[1]魏保立，王云飞，张凯.基于STM32的数字化万用表校验仪制作.科技创新与应用.2013(19)氺[2]任全会，黄根岭.基于STM32LED书写点阵屏设计与实现.郑州铁路职业技术学院学拫.2012(01)8|电子制作2016年9月