摘要 :利用MK6A11P" title="MK6A11P">MK6A11P單片機(jī)" title="單片機(jī)">單片機(jī)設(shè)計(jì)的寬電壓" title="寬電壓">寬電壓智能型爆閃燈，這種爆閃燈自動(dòng)調(diào)節(jié)高壓充電速率及電壓,，減輕了開(kāi)關(guān)管和充電電容負(fù)擔(dān),，并且具有多種工作模式，具有過(guò)壓,、過(guò)溫保護(hù)等功能,，可在10～48 V寬電壓范圍工作。由于使用了性價(jià)比很高的MK6A11P單片機(jī),，整體電路簡(jiǎn)單,，工作穩(wěn)定，產(chǎn)品的一致性好,、成本低,。
關(guān)鍵詞 :MK6A11P單片機(jī)；智能,；爆閃燈,；寬電壓
MK6A11P單片機(jī)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，內(nèi)含RC振蕩器,、看門狗及復(fù)位電路,，與其他系列單片機(jī)相比,，省去了很多外圍元件，且格低廉,，適用于各種工業(yè)用小型產(chǎn)品的設(shè)計(jì),。
利用該芯片和NE555芯片組合設(shè)計(jì)的智能型爆閃燈，具有整體電路簡(jiǎn)單,、工作穩(wěn)定,，產(chǎn)品的一致性好，極大地提高批量生產(chǎn)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力,。
1 利用MK6A11P的寬電壓智能型爆閃燈
1．1 整體電路框圖
整體電路框圖如圖1所示,，由溫度檢測(cè)、過(guò)壓檢測(cè),、工作模式設(shè)置,、能量調(diào)節(jié)及驅(qū)動(dòng)、高壓檢測(cè)及脈沖觸發(fā)部分組成,，從而使爆閃燈具有完善的保護(hù)功能和自適應(yīng)功能,。
1．2 MK6A11P單片機(jī)的特性
MK6A11P是RISC高性能的8位單片機(jī)，內(nèi)部包含1 kbit×14 bit的OTP方式的ROM,，48個(gè)8位RAM和一個(gè)8位定時(shí)／計(jì)數(shù)器,。內(nèi)含上電復(fù)位、低電壓復(fù)位,、外部復(fù)位,、WDT復(fù)位。具有外部RC,、LS晶振,、NS晶振、HS晶振和內(nèi)部4 MHz RC振蕩器,，有8腳和14腳封裝,，I／O口在輸入狀態(tài)下，可置為上拉電阻或下拉電阻模式,，可省去外部的上拉電阻,。
1．3 同步方式的反激式升壓電路設(shè)計(jì)
利用簡(jiǎn)單電路設(shè)計(jì)能量可控制的反激式升壓器是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。MK6A11P單片機(jī)I／O的輸出電壓約為4．5 V,，驅(qū)動(dòng)電流較小,，因此不能直接驅(qū)動(dòng)MOSFET。如果利用電平變換方法驅(qū)動(dòng)也可以,，但是一旦程序進(jìn)入“死循環(huán)”,，I／O的狀態(tài)是不定的，因此不能及時(shí)關(guān)斷MOSFET開(kāi)關(guān)管(死循環(huán)時(shí)內(nèi)部的看門狗能自動(dòng)復(fù)位,，但時(shí)間是ms量級(jí),，不能保護(hù)開(kāi)關(guān)管),，即可損壞開(kāi)關(guān)管。
因此需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)器,，該驅(qū)動(dòng)器具有1O V／300 mA以上的驅(qū)動(dòng)能力,，可設(shè)置能量?jī)?chǔ)存值，可快速關(guān)斷開(kāi)關(guān)管,，且價(jià)格低廉。
NE555是通用的定時(shí)器芯片,，輸出電壓為5～15 V,，輸出電流可達(dá)500 mA。內(nèi)有2個(gè)比較器,，比較點(diǎn)電壓分別是UF和UF／2,，圖2所示，當(dāng)2腳的電壓低于UF／2時(shí)輸出為高電平,，6腳的電壓高于UF時(shí)輸出為低電平,。利用此特性設(shè)計(jì)出同步方式的轉(zhuǎn)換能量可改變的反激式變換器。
變壓器T1初級(jí)儲(chǔ)存的能量由式(1)決定,。
圖2電路中UH=UD+UZ,，UZ為穩(wěn)壓管D3的穩(wěn)壓值，當(dāng)UH>UF時(shí)NE555輸出低電平,，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷,，因此式(2)成立。
可知變壓器初級(jí)電感儲(chǔ)存的能量取決于UF的大小,，而UF的大小取決于K點(diǎn)的PWM信號(hào)的占空比,，因此改變占空比可改變UF的大小，從而調(diào)節(jié)充電速率,。
MK6A11P單片機(jī)發(fā)出30 kHz的同步脈沖,，經(jīng)過(guò)C5加到2腳觸發(fā)，使輸出為高電平,，開(kāi)關(guān)管Q1導(dǎo)通,，變壓器初級(jí)的電流線性增加，D點(diǎn)的電壓也線性增加,，當(dāng)UD>UF-UZ 時(shí),，NE555輸出為低電平，快速關(guān)斷開(kāi)關(guān)管,，變壓器初級(jí)儲(chǔ)存的能量通過(guò)次級(jí)釋放到高壓電容,，電容被充電。由于同步脈沖是單片機(jī)發(fā)出的,，因此工作頻率穩(wěn)定,，可減少諧波,。
1．4 充電速率的智能控制原理
圖3為2次爆閃模式下工作時(shí)，正常,、過(guò)慢,、過(guò)快充電情況下的充電曲線。理想的充電速率是,，當(dāng)電壓剛達(dá)到設(shè)定值時(shí),，頻閃管被觸發(fā)，高壓電容的電壓被放電,。由圖3可知充電過(guò)慢達(dá)不到設(shè)定值,，影響爆閃亮度，過(guò)陜產(chǎn)生過(guò)充電壓,，增加開(kāi)關(guān)管,、變壓器、高壓電容的負(fù)擔(dān),，在3次或4次爆閃模式下工作時(shí)更為嚴(yán)重,。
表l是電容C1為100μF時(shí)充電電壓與儲(chǔ)存能量的關(guān)系表。當(dāng)正常工作時(shí)一次放電電壓為350 V,，二次放電電壓為200 V,，而過(guò)快時(shí)一次放電電壓為350 V，而二次放電電壓為240 V,，過(guò)充電壓為40 V,，則電壓改變量為20％，而能量改變量可達(dá)44％,，這是因?yàn)殡娙葜袃?chǔ)存的能量與充電電壓成平方關(guān)系,。
工作時(shí)MK6A11P單片機(jī)檢測(cè)圖7中E點(diǎn)的電壓，當(dāng)電壓過(guò)早達(dá)到設(shè)定值時(shí),，K點(diǎn)的PWM信號(hào)占空比減少,，從而UF降低，減少充電速率,，反之亦然,。
圖4為升壓電路工作時(shí)B，D,，F(xiàn),，G點(diǎn)的波形，每次被觸發(fā)后延遲5～6μs后G點(diǎn)為高電平,，可知同步效果和開(kāi)關(guān)波形良好,，能量控制點(diǎn)(F點(diǎn))的電壓紋波很小。
圖5為3次爆閃模式工作時(shí),，實(shí)測(cè)的工作波形,，可見(jiàn)高壓剛達(dá)到設(shè)定值后,，被觸發(fā)脈沖觸發(fā)放電，不發(fā)生過(guò)慢,、過(guò)快充電現(xiàn)象,。
1．5 脈沖序列發(fā)生器設(shè)計(jì)
爆閃式信號(hào)燈需要多種工作模式，圖6中列出了部分不同的工作模式,。
為了產(chǎn)生30 kHz的同步脈沖單片機(jī)的定時(shí)器T0以30 kHz速率申請(qǐng)中斷,，通過(guò)N次分頻后可得所需要的脈沖序列，利用模式選擇開(kāi)關(guān)S1選擇不同的工作模式,。
1．6 過(guò)電壓和過(guò)溫度保護(hù)
圖7為整體工作電路,，通過(guò)R1，R5對(duì)電源的輸入電壓進(jìn)行分壓檢測(cè),，如果大于50 V則停止輸出同步脈沖，電路停止工作,。
過(guò)高的溫度是損壞或縮減產(chǎn)品壽命的重要原因,，特別是高壓電容工作在高壓、大電流放電狀態(tài),，工作溫度很高,，實(shí)際電路中采用105℃的電解電容，但要求不要超過(guò)80℃,，以防止電解液干枯,，縮短使用壽命。
熱敏電阻RT1在線路板上安裝在靠近高壓電容的位置,，檢測(cè)信號(hào)燈內(nèi)部的最高的溫度,，一旦超過(guò)80℃，停止輸出同步脈沖,，電路停止工作,，待溫度降下后自動(dòng)工作。如果不允許爆閃燈停止工作的場(chǎng)合,，可降低設(shè)定的高壓值工作,，待溫度降下后自動(dòng)恢復(fù)。
2 結(jié)束語(yǔ)
利用MK6A11P單片機(jī)設(shè)計(jì)的寬電壓智能型爆閃燈,，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)得出如下結(jié)論：各種保護(hù)功能工作正常,，自適應(yīng)各種情況，在寬電壓范圍工作時(shí)充電速率很理想,。反激式升壓部分采用了由單片機(jī)發(fā)出同步脈沖開(kāi)啟,，由NE555快速關(guān)閉，因此工作頻率穩(wěn)定,，即使發(fā)生了死機(jī)現(xiàn)象也能很好地保護(hù)開(kāi)關(guān)管,。整體電路簡(jiǎn)單,，工作穩(wěn)定，產(chǎn)品的一致性好,，從而極大地提高生產(chǎn)能力,、維護(hù)能力和產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力。
