基于单片机的LED闪光灯电源的设计

闫姝

摘要：本系统以一款带有可编程闪光计时器的电荷泵芯片AAT3170为核心，ATMega128A单片机为主控制器，通过键盘来设定相应的的输出模式和输出峰值电流的档位以及输出脉冲个数，并可由液晶显示器显示输出的状态及操作信息。实际测试结果表明，本系统可设置连续输出模式和脉动输出模式下电流100mA、150mA、200mA、300mA、450mA、600mA六个档位，且相对误差均小于5%，并且具有电压限压保护和报警功能，电路设计新颖，简单，抗干扰能力强。

关键词：白光LED AAT3170 ATMega128A 恒流

中图分类号：TM923.34 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）12-0156-01

当周围环境的自然光源或人工光源不足的时候，此时闪光灯便成为了一个用途非常广泛的机动光源，它可以用来补充此时的不足。该电源的核心为直流-直流稳流变换器，把没有经过调整的输入直流电压转换成稳定的直流输出电压，将电能变换为恒流输出，从而驱动白光LED。本系统主要采用ATmega128A作为主控制器，它是基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器。

高亮度的白光LED需要稳定的恒定的电流。如果工作电压下降，会影响白光LED的亮度，所以在电路设计上需要使用一个升压型的电荷泵。电荷泵提升电压主要通过开关阵列和振荡器、逻辑电路、比较控制器来实现。采用电容器来贮存能量，构成电荷泵电压转换翻转电路。没有电感，不存在电磁干扰，而且外形体积较小。

而AAT3170是一种带有可编程闪光计时器的高效率、高输出的电流输出电荷泵芯片，它将一个闪光计时器与一个有32级数字电流控制的高闪光电流驱动器相结合，适用于白光LED闪光。而且通过一个内部感应电路与一个负载开关模式（1x）、间歇模式（1.5x）和倍增模式（2x）的可调容量相结合，实现LED所要求的输出以及效率的最大化。当LED工作电流较低时，切换到1x和1.5x模式下，对电池所消耗的电流为最低。

1 系统结构

闪光灯电源的系统框包括：单片机ATMega128A，电荷泵AAT3170，液晶显示模块，4X4键盘，蜂鸣器，场效应开关管，白光LED等主要模块。

2 電路整体设计

2.1 电路设计

2.1.1 电路驱动部分

AAT3170只需5个外接元件：两只1.0mF的陶瓷电容，用作电荷泵的快速电容；一只接VIN的4.7mF电容；一只接VOUT的2.2mF电容；一只电容C5是来用于设置闪光计时器持续时长的附加电容。其中F1与F2短接。该器件输出的最大峰值电流可达到600mA。

2.1.2 电路限压保护部分

利用电位器（即可调电阻）组成分压电路，单片机的PE3连接在电位器的动片引脚上，这个电路实际上相当于两个电阻组成的串联电路，只不过这两个电阻的阻值是可变的，改变动片的位置，就可以改变PE3与地之间的电阻值，根据串联电路分压的原理，当动片移动时，PE3处的电压就会发生变化。

由程序设定，使用单片机的模拟比较器比较PE3口的电压与单片机内部的固定能隙电压（1.22V）之间的高低，如果PE3的电压高于1.22V，则产生报警。

人机交互模块由两个LCD液晶显示128642、4X4键盘、语音模块XF4240组成，通过键盘设定相应的功能菜单，也方便我们调节控制。

AAT3170带有一个热量管理系统和一个内置软启动电路，而且双路电流吸入器可以让系统设计者选择使用单路的或双路（独立阴极）的闪光LED配置。

双级电荷泵部分包含软启动电路，以防止在启动过程中的电流过大。

2.2 系统软件设计

系统上电后，首先进行系统初始化，然后查询等待按键，并对不同的键值做出不同的响应，通过LCD液晶显示出相应的状态及操作信息。

3 指标测试与结果分析

（1）通过软件设定连续输出模式输出电流设定为100、150、200mA，任意选取电阻R=100Ω接入电路，则最高输出电压U0m：

（2）将输出短路，选取电阻R=0.2Ω接入电路，则最低输出电压U0L。

（3）在规定的输入电压3.0V～3.6V，输出电流0～10.5V范围内，输出电流测试结果如下表1所示。

由表1得知，在200 mA档位下，输出电流相对误差接近于2%。

实验结果表明，本系统设计的一款以带有可编程闪光计时器的电荷泵芯片AAT3170为核心，ATMega128A单片机为主控制器的LED闪光灯电源，设置连续输出模式和脉动输出模式下电流100mA、150mA、200mA、300mA、450mA、600mA六个档位，且相对误差均小于5%，并且具有电压限压保护和报警功能，电路设计新颖，简单，抗干扰能力强。

参考文献

[1]沈建良，赵文宏，等.ATmega128单片机入门与提高[M].北京：北京航天航空大学出版社，2009.

[2]颜重光.低压闪光灯方案[J].电子质量，2004，（02）.

[3]赵国良.照相机白光LED驱动电路设计[D].西安：西北工业大学，2007.