基于K60的氙燈電源控制系統(tǒng)設計方案
來源：電子技術網(wǎng) 作者：霍亮生等2013年12月16日 12:00
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[導讀] 本文在分析氙燈工作原理的基礎上，以Kinetis 60微控制器為核心，提出了一款氙燈電源控制系統(tǒng)的設計方案，方案設計中主要包括電源轉(zhuǎn)換電路，升壓控制電路以及人及交互接口電路，利用電流反饋和光反饋控制算法保證光的穩(wěn)定輸出。該系統(tǒng)加入了氙燈定時關閉和累計工作時間的功能。實踐證明，經(jīng)過軟硬件的調(diào)試，本方案中所設計的系統(tǒng)可以穩(wěn)定地運行，達到控制要求。
關鍵詞：K60電源控制
1.引言
氙燈光源相比于其它電光源的優(yōu)點是發(fā)光效率高、能耗浪費低，可實現(xiàn)高能量密度、長時間連續(xù)照射，氙燈輻射光譜能量分布與日光相接近，色溫約為6000K，近似點光源。廣泛應用于布匹織物的顏色檢驗，藥物、塑料的老化試驗，植物栽培，光化學等方面充當人工老化的光源和模擬日光。
隨著科學技術日新月異的發(fā)展，尤其是電力電子技術、半導體技術、傳感器技術的日趨成熟，各種功率器件不斷涌現(xiàn)，氙燈電源驅(qū)動技術也在不斷發(fā)展，從而使氙燈的應用領域越來越寬。因此很有必要設計出一款穩(wěn)定，可靠的氙燈電源控制系統(tǒng)。
2.氙燈的工作原理
氙燈結構與常用的白熾燈不同，沒有鎢絲，其石英泡殼內(nèi)充有0.019~0.0266MPa高壓氙氣，是通過氣體放電而達到照明效果的光源，它有正負兩個電極，極間距離小于10mm，氙氣在高壓的條件下電離成正負離子而具有導電性，正負電極進行極間放電產(chǎn)生電弧，利用電弧激活隋性氣體氙氣，促使金屬鹽發(fā)光。
3.系統(tǒng)總體結構設計
氙燈電源控制系統(tǒng)的設計主要包括硬件系統(tǒng)設計和軟件系統(tǒng)設計兩大部分。其中硬件系統(tǒng)主要包括主控制器和氙燈電源系統(tǒng)，組成原理框圖如圖1所示。
軟件系統(tǒng)的設計包括液晶顯示程序、按鍵掃描程序、電流、電壓、光采樣程序以及電流和光反饋控制算法程序等。通過對氙燈光源軟硬件控制系統(tǒng)的設計和聯(lián)合調(diào)試，實現(xiàn)該控制系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定的工作。
4.硬件設計
控制系統(tǒng)的硬件設計部分主要包括電源轉(zhuǎn)換電路，升壓控制電路，繼電器控制電路以及人及交互接口電路等，具體硬件結構如圖2所示。
硬件系統(tǒng)以Kinetis 60微控制器為核心，具有處理速度快，功耗低，成本低等優(yōu)點，其片內(nèi)128KB的RAM，512KB的FLASH，高達16位精度A/D采樣模塊和多通道的DMA模塊完全滿足了系統(tǒng)開發(fā)的需要［5］。通過按、旋鈕的調(diào)節(jié)實現(xiàn)定時關燈、累計工作時間、亮度可調(diào)等主要功能，并把相關數(shù)據(jù)顯示在LCD液晶顯示屏上。繼電器的吸合控制了觸發(fā)器的觸發(fā)時刻，升壓電路工作以后，電壓迅速上升，當達到氙燈啟輝的電壓值時，繼電器吸合，給出觸發(fā)信號，帶動觸發(fā)器工作，瞬時產(chǎn)生近萬伏的高壓，擊穿氙氣，完成啟輝，而后只需24V開關電源正常供電，氙燈即可持續(xù)工作。為了減少功率驅(qū)動電路工作時對數(shù)字電路產(chǎn)生干擾，為此在數(shù)字電路與功率驅(qū)動電路之間加入了光電隔離器進行隔離。
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