基于K60的氙燈電源控制系統設計方案

來源：電子技術網  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的設計方案，方案設計中主要包括電源轉換電路，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定輸出。該系統加入了氙燈定時關閉和累計工作時間的功能。實踐證明，經過軟硬件的調試，本方案中所設計的系統可以穩定地運行，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點是發光效率高、能耗浪費低，可實現高能量密度、長時間連續照射，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，氙燈電源驅動技術也在不斷發展，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定，可靠的氙燈電源控制系統。

　　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生電弧，利用電弧激活隋性氣體氙氣，促使金屬鹽發光。

　　3.系統總體結構設計

　　氙燈電源控制系統的設計主要包括硬件系統設計和軟件系統設計兩大部分。其中硬件系統主要包括主控制器和氙燈電源系統，組成原理框圖如圖1所示。

　　軟件系統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的設計和聯合調試，實現該控制系統可靠、穩定的工作。

　　4.硬件設計

　　控制系統的硬件設計部分主要包括電源轉換電路，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，成本低等優點，其片內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開發的需要［5］。通過按、旋鈕的調節實現定時關燈、累計工作時間、亮度可調等主要功能，并把相關數據顯示在LCD液晶顯示屏上。繼電器的吸合控制了觸發器的觸發時刻，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，給出觸發信號，帶動觸發器工作，瞬時產生近萬伏的高壓，擊穿氙氣，完成啟輝，而后只需24V開關電源正常供電，氙燈即可持續工作。為了減少功率驅動電路工作時對數字電路產生干擾，為此在數字電路與功率驅動電路之間加入了光電隔離器進行隔離。

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本文導航

• 第 1 頁：基于K60的氙燈電源控制系統設計方案

• 第 2 頁：電源轉換電路設計

• 第 3 頁：實驗結果

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