一種基于K60的氙燈電源控制系統的設計方案

引言

氙燈光源相比于其它電光源的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)光效率高、能耗浪費低，可實(shí)現高能量密度、長(cháng)時(shí)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(diǎn)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(xué)等方面充當人工老化的光源和模擬日光。

隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，尤其是電力電子技術(shù)、半導體技術(shù)、傳感器技術(shù)的日趨成熟，各種功率器件不斷涌現，氙燈電源驅動(dòng)技術(shù)也在不斷發(fā)展，從而使氙燈的應用領(lǐng)域越來(lái)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。

氙燈的工作原理

氙燈結構與常用的白熾燈不同，沒(méi)有鎢絲，其石英泡殼內充有0.019~0.0266MPa高壓氙氣，是通過(guò)氣體放電而達到照明效果的光源，它有正負兩個(gè)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(jìn)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。

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(guò)對氙燈光源軟硬件控制系統的設計和聯(lián)合調試，實(shí)現該控制系統可靠、穩定的工作。

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(yōu)點(diǎn)，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(mǎn)足了系統開(kāi)發(fā)的需要[5].通過(guò)按、旋鈕的調節實(shí)現定時(shí)關(guān)燈、累計工作時(shí)間、亮度可調等主要功能，并把相關(guān)數據顯示在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(shí)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(shí)，繼電器吸合，給出觸發(fā)信號，帶動(dòng)觸發(fā)器工作，瞬時(shí)產(chǎn)生近萬(wàn)伏的高壓，擊穿氙氣，完成啟輝，而后只需24V開(kāi)關(guān)電源正常供電，氙燈即可持續工作。為了減少功率驅動(dòng)電路工作時(shí)對數字電路產(chǎn)生干擾，為此在數字電路與功率驅動(dòng)電路之間加入了光電隔離器進(jìn)行隔離。1、電源轉換電路設計

氙燈工作需要直流供電，電源選用24V直流開(kāi)關(guān)電源模塊，控制系統的其他外圍模塊，例如輸入設備、液晶顯示器、其它數字芯片、模擬運放等大多為5V 供電，主控芯片需要3.3V工作電壓，本系統先采用變壓、整流、濾波、穩壓將220V交流電轉換成穩定的5V直流電，給常規元器件供電，主控制器再將5V轉換成3.3V，使整個(gè)系統結構更加細致、緊湊，增加了系統的穩定性。電源轉換電路原理圖如圖3所示。

4.2 升壓控制電路設計

由氙燈的工作原理可知，氙氣是一種惰性氣體，若要擊穿氙氣使氙燈工作，必須提供足夠高的啟輝電壓，這就要求控制系統必須包括升壓電路。電壓升到一定的值后，驅動(dòng)繼電器電路，觸發(fā)器由此得以觸發(fā)。觸發(fā)電壓高達上萬(wàn)伏，足以使氙燈光源啟輝成功。升壓電路簡(jiǎn)圖如圖4所示。