一种基于K60的氙灯电源控制系统的设计方案

引言

氙灯光源相比于其它电光源的优点是发光效率高、能耗浪费低，可实现高能量密度、长时间连续照射，氙灯辐射光谱能量分布与日光相接近，色温约为 6000K,近似点光源。广泛应用于布匹织物的颜色检验，药物、塑料的老化试验，植物栽培，光化学等方面充当人工老化的光源和模拟日光。

随着科学技术日新月异的发展，尤其是电力电子技术、半导体技术、传感器技术的日趋成熟，各种功率器件不断涌现，氙灯电源驱动技术也在不断发展，从而使氙灯的应用领域越来越宽。因此很有必要设计出一款稳定，可靠的氙灯电源控制系统。

氙灯的工作原理

氙灯结构与常用的白炽灯不同，没有钨丝，其石英泡壳内充有0.019~0.0266MPa高压氙气，是通过气体放电而达到照明效果的光源，它有正负两个电极，极间距离小于10mm,氙气在高压的条件下电离成正负离子而具有导电性，正负电极进行极间放电产生电弧，利用电弧激活隋性气体氙气，促使金属盐发光。

系统总体结构设计

氙灯电源控制系统的设计主要包括硬件系统设计和软件系统设计两大部分。其中硬件系统主要包括主控制器和氙灯电源系统，组成原理框图如图1所示。

软件系统的设计包括液晶显示程序、按键扫描程序、电流、电压、光采样程序以及电流和光反馈控制算法程序等。通过对氙灯光源软硬件控制系统的设计和联合调试，实现该控制系统可靠、稳定的工作。

硬件设计

控制系统的硬件设计部分主要包括电源转换电路，升压控制电路，继电器控制电路以及人及交互接口电路等，具体硬件结构如图2所示。

硬件系统以Kinetis 60微控制器为核心，具有处理速度快，功耗低，成本低等优点，其片内128KB的RAM,512KB的FLASH,高达16位精度A/D采样模块和多通道的DMA模块完全满足了系统开发的需要[5].通过按、旋钮的调节实现定时关灯、累计工作时间、亮度可调等主要功能，并把相关数据显示在LCD液晶显示屏上。继电器的吸合控制了触发器的触发时刻，升压电路工作以后，电压迅速上升，当达到氙灯启辉的电压值时，继电器吸合，给出触发信号，带动触发器工作，瞬时产生近万伏的高压，击穿氙气，完成启辉，而后只需24V开关电源正常供电，氙灯即可持续工作。为了减少功率驱动电路工作时对数字电路产生干扰，为此在数字电路与功率驱动电路之间加入了光电隔离器进行隔离。1、电源转换电路设计

氙灯工作需要直流供电，电源选用24V直流开关电源模块，控制系统的其他外围模块，例如输入设备、液晶显示器、其它数字芯片、模拟运放等大多为5V 供电，主控芯片需要3.3V工作电压，本系统先采用变压、整流、滤波、稳压将220V交流电转换成稳定的5V直流电，给常规元器件供电，主控制器再将5V转换成3.3V，使整个系统结构更加细致、紧凑，增加了系统的稳定性。电源转换电路原理图如图3所示。

4.2 升压控制电路设计

由氙灯的工作原理可知，氙气是一种惰性气体，若要击穿氙气使氙灯工作，必须提供足够高的启辉电压，这就要求控制系统必须包括升压电路。电压升到一定的值后，驱动继电器电路，触发器由此得以触发。触发电压高达上万伏，足以使氙灯光源启辉成功。升压电路简图如图4所示。