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一种基于K60的氙灯电源控制系统的设计方案

作者:时间:2013-12-24来源:网络收藏

引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/227295.htm

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

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。


一种基于K60的氙灯电源控制系统的设计方案


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。


一种基于K60的氙灯电源控制系统的设计方案


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。


一种基于K60的氙灯电源控制系统的设计方案


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。

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关键词: K60 氙灯电源控制
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