解瑞燈　黃浩　宋迎靜

摘? 要：本文設計了一款較低功率的車載LED恒流源，系統(tǒng)硬件電路主要包括BOOST升壓斬波電路、PWM轉換D/A電路、采樣電路、UC3843、單片機最小系統(tǒng)等幾個部分。該控制器由12V直流供電，主電路采用BOOST升壓斬波電路拓撲結構，直流12V經(jīng)BOOST升壓電路升壓后，單片機采集輸出電流值，與設定值比較并進行PI調節(jié)，通過單片機PWM輸出到D/A轉換電路，然后送給UC3843，并控制UC3843的占空比來實現(xiàn)恒流0.5A，同時具有限壓保護功能。

關鍵詞：UC3843;BOOST;單片機

0 引言

車載LED恒流源實質就是我們常說的恒流電源，能保證負載變動的情況下，保持電流不變。直流恒流電源是應用比較廣泛的電源電路，該電路具有輸出電流調節(jié)范圍寬、元器件選擇合適、性能指標高等優(yōu)點。在許多工程中，為了抗干擾，提高測量精度或者滿足特定要求，往往需要恒定的直流恒流電源汽車電池工作電壓范圍為9 V～16 V，通常情況下為12 V，但是當汽車冷啟動時蓄電池的電壓可跌落到4 V，而當蓄電池缺損由發(fā)電機直接供電時， 此電壓可達到36 V的高壓。因此，對于車用LED燈具而言，要可靠地恒流驅動LED，驅動控制器必須具備精確的電壓和電流調節(jié)、保護電路和調光功能。因此，設計一種穩(wěn)壓性能良好而又恒流輸出的驅動電路十分必要。

1系統(tǒng)硬件電路設計

1.1 BOOST升壓電路設計

本次設計所用的是Boost升壓電路，其工作原理如下[5]：

1.充電過程見圖3-4，開關閉合（MOS管導通），開關（MOS管）處用導線代替。這時，輸入電壓流過電感。二極管防止電容對地放電。由于輸入是直流電，所以電感上的電流以一定的比率線性增加，這個比率跟電感大小有關。隨著電感電流增加，電感里儲存了一些能量。

2.放電過程見圖3-5，開關斷開（MOS管截止），由于電感的電流保持特性，流經(jīng)電感的電流不會馬上變?yōu)?，而是緩慢的由充電完畢時的值變?yōu)?。而原來的電路已斷開，于是電感只能通過新電路放電，即電感開始給電容充電，電容兩端電壓升高，此時電壓已經(jīng)高于輸入電壓了，升壓完畢。

說起來升壓過程就是一個電感的能量傳遞過程。充電時電感吸收能量，放電時電感放出能量。如果電容量足夠大，那么在輸出端就可以在放電過程中保持一個持續(xù)的電流。如果這個通斷的過程不斷重復，就可以在電容兩端得到高于輸入電壓的電壓。

1.2 控制電路設計

其主要功能是在輸入電壓、內(nèi)部參數(shù)、外接負載變化時，調節(jié)功率級開關器件的導通時間，使開關電源的輸出電流保持恒定。因此，在開關電源的設計中，控制方法的選擇和設計對于開關電源的性能來說是十分重要的。采用不同的檢查信號和不同的控制電路會有不同的控制效果。電流型控制有兩個閉環(huán)通道，電壓V與參考電壓的偏差信號e經(jīng)PI型誤差放大器得以電壓，該電壓與開關管漏極輸出電流進行比較，產(chǎn)生PWM控制脈沖，電流型控制的典型芯片如：UC3843。

1.2.1 UC3843接口電路設計

UC3843接口電路原理圖如圖1-3所示。

該電路主要包括三部分：恒流控制部分、限壓控制部分以及UC3843控制輸出部分。

1.限壓控制部分：該部分主要是將從BOOST升壓電路采集回來的輸出電壓的分壓值，與基準電壓經(jīng)過比較器比較，當電壓值大于50V時，比較器輸出高電平時關斷UC3843，即ISNS為高電平，來限制電壓;當電壓小于50V時，比較器輸出高電平，UC3843不關斷。

2.恒流控制部分：該部分首先將采集回來的反應輸出電流的微小的電壓值經(jīng)同相比例運放放大后的到一個輸出電壓，該電壓值送給單片機進行A/D轉換，并與單片機的設定值0.5-0.8A比較，然后根據(jù)單片機設定的PI算法進行調節(jié)，通過PI調節(jié)來控制PWM的占空比輸出，然后通過D/A轉換來調節(jié)UC3843的占空比，從而達到恒流輸出。

1.2.2 恒流限壓控制電路設計

1.限壓電路如下圖3-10所示：

根據(jù)采樣回來的電壓UoSen值的大小來選取電阻值，當輸出電壓大于36V時，應該讓比較器輸出當輸出高電平出，并關斷UC3843，因為當電壓大于36V時，采樣電壓大于2V，所以取R14=3K、R15=2K、VREF=5V，即比較器反向輸入端電壓為2V。這樣就保證了電壓大于36V時，比較器能輸出高電平來關斷UC3843。

2.恒流電路原理圖如下圖1-5所示：

單片機根據(jù)采集到的電流大小，輸出不同占空比的PWM，PWM經(jīng)過濾波后，變成穩(wěn)定的電壓，電壓輸出的FB端控制UC3843的的電壓反饋端，使輸出電流恒定在0.5A。這構成UC3843的反饋信號。

2軟件設計

輸出電流的穩(wěn)定由單片機程序進行調整，因而并不需要用外部調節(jié)電路去保證，這在很大程度上簡化了電路圖的工作，以及電路板的焊接?？紤]到系統(tǒng)正常工作時，大部分時間是停留在檢測外部輸出電壓顯示上，因而將該部分程序放在主程序中，程序的流程也主要停留在該部分;限壓值以及恒流值的調整只是在系統(tǒng)剛啟動或者是要時才進行調整，因而使用頻率較低，將該部分程序的編寫放在中斷中。而單片機主要完成的工作歸結起來主要有以下兩部分：一是進行電流、電壓值的采樣，并且將采集到的電流值同單片機的設定值比較，然后通過PI計算，通過單片機的PWM輸出，送到到外部D/A轉換電路，控制UC3843的PWM輸出使電流值穩(wěn)定在0.5A-0.8A。

2.1 程序設計

2.1.1 主程序設計

程序開始執(zhí)行時，單片機先進行PCA、PWM的初始化，進行PWM的值的初始設定，然后是定時器的初始化，這樣主程序就進入了一個數(shù)碼管顯示的死循環(huán)。

主程序流程圖如下圖2-1所示。

2.2.2 定時中斷子程序設計

定時中斷程序中主要完成的就是通過比較設定電流值與輸出電流值，進行PI計算，通過單片機PWM的輸出來實現(xiàn)電流值的恒定。還有限壓控制部分。

定時中斷程序流程圖如下圖2-2所示。

結束語

能源在社會現(xiàn)代化方面起著關鍵作用。電力電子技術其靈活的功率變換方式，高性能、高功率密度、高效率，在21世紀必將得到大力發(fā)展，而開關電源是電力電子技術中占有很大比重的一個重要方面。

開關電源高頻化使其發(fā)展的方向，高頻化使開關電源小型化，并使開關電源進入更廣泛的應用領域，特別是在高新技術領域的應用，推動了高技術產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關電源的發(fā)展與應用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。

參考文獻

[1] 周志敏. 周紀海.開關電源實用技術設計與應用[M].北京：人民郵電出版社.2003：15-180

[2] Marty Brown（英）著.徐德鴻，沈旭，楊成林，周鄧燕譯. 開關電源設計指南[M].北京： 機械工業(yè)出版社， 2004.

[3] 陸治國. 實用電源技術手冊. 開關電源分冊[K]. 沈陽： 遼寧科學技術出版社， 2008.

[4] 張占松. 開關電源的原理與設計（修訂版）. 電子工業(yè)出版社， 2004.

[5] 王兆安，黃俊. 電力電子技術[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社， 2000.

[6] Lam H K， Lee T H， Leung F H F， Tam P K S. Fuzzy control ofDC-DC switching converters： stability and robustness analysis[C]. The 27th Annual Conference of the IEEE Industrial ElectronicsSociety， 2001.2： 899-902

作者簡介：黃浩（1998—），男，漢族，湖北黃岡，碩士，電子信息專業(yè)