基于单片机的车载LED恒流源设计

解瑞灯　黄浩　宋迎静

摘  要：本文设计了一款较低功率的车载LED恒流源，系统硬件电路主要包括BOOST升压斩波电路、PWM转换D/A电路、采样电路、UC3843、单片机最小系统等几个部分。该控制器由12V直流供电，主电路采用BOOST升压斩波电路拓扑结构，直流12V经BOOST升压电路升压后，单片机采集输出电流值，与设定值比较并进行PI调节，通过单片机PWM输出到D/A转换电路，然后送给UC3843，并控制UC3843的占空比来实现恒流0.5A，同时具有限压保护功能。

关键词：UC3843;BOOST;单片机

0 引言

车载LED恒流源实质就是我们常说的恒流电源，能保证负载变动的情况下，保持电流不变。直流恒流电源是应用比较广泛的电源电路，该电路具有输出电流调节范围宽、元器件选择合适、性能指标高等优点。在许多工程中，为了抗干扰，提高测量精度或者满足特定要求，往往需要恒定的直流恒流电源汽车电池工作电压范围为9 V～16 V，通常情况下为12 V，但是当汽车冷启动时蓄电池的电压可跌落到4 V，而当蓄电池缺损由发电机直接供电时， 此电压可达到36 V的高压。因此，对于车用LED灯具而言，要可靠地恒流驱动LED，驱动控制器必须具备精确的电压和电流调节、保护电路和调光功能。因此，设计一种稳压性能良好而又恒流输出的驱动电路十分必要。

1系统硬件电路设计

1.1 BOOST升压电路设计

本次设计所用的是Boost升压电路，其工作原理如下[5]：

1.充电过程见图3-4，开关闭合（MOS管导通），开关（MOS管）处用导线代替。这时，输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。

2.放电过程见图3-5，开关断开（MOS管截止），由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了，升压完毕。

说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时电感吸收能量，放电时电感放出能量。如果电容量足够大，那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。如果这个通断的过程不断重复，就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。

1.2 控制电路设计

其主要功能是在输入电压、内部参数、外接负载变化时，调节功率级开关器件的导通时间，使开关电源的输出电流保持恒定。因此，在开关电源的设计中，控制方法的选择和设计对于开关电源的性能来说是十分重要的。采用不同的检查信号和不同的控制电路会有不同的控制效果。电流型控制有两个闭环通道，电压V与参考电压的偏差信号e经PI型误差放大器得以电压，该电压与开关管漏极输出电流进行比较，产生PWM控制脉冲，电流型控制的典型芯片如：UC3843。

1.2.1 UC3843接口电路设计

UC3843接口电路原理图如图1-3所示。

该电路主要包括三部分：恒流控制部分、限压控制部分以及UC3843控制输出部分。

1.限压控制部分：该部分主要是将从BOOST升压电路采集回来的輸出电压的分压值，与基准电压经过比较器比较，当电压值大于50V时，比较器输出高电平时关断UC3843，即ISNS为高电平，来限制电压;当电压小于50V时，比较器输出高电平，UC3843不关断。

2.恒流控制部分：该部分首先将采集回来的反应输出电流的微小的电压值经同相比例运放放大后的到一个输出电压，该电压值送给单片机进行A/D转换，并与单片机的设定值0.5-0.8A比较，然后根据单片机设定的PI算法进行调节，通过PI调节来控制PWM的占空比输出，然后通过D/A转换来调节UC3843的占空比，从而达到恒流输出。

1.2.2 恒流限压控制电路设计

1.限压电路如下图3-10所示：

根据采样回来的电压UoSen值的大小来选取电阻值，当输出电压大于36V时，应该让比较器输出当输出高电平出，并关断UC3843，因为当电压大于36V时，采样电压大于2V，所以取R14=3K、R15=2K、VREF=5V，即比较器反向输入端电压为2V。这样就保证了电压大于36V时，比较器能输出高电平来关断UC3843。

2.恒流电路原理图如下图1-5所示：

单片机根据采集到的电流大小，输出不同占空比的PWM，PWM经过滤波后，变成稳定的电压，电压输出的FB端控制UC3843的的电压反馈端，使输出电流恒定在0.5A。这构成UC3843的反馈信号。

2软件设计

输出电流的稳定由单片机程序进行调整，因而并不需要用外部调节电路去保证，这在很大程度上简化了电路图的工作，以及电路板的焊接。考虑到系统正常工作时，大部分时间是停留在检测外部输出电压显示上，因而将该部分程序放在主程序中，程序的流程也主要停留在该部分;限压值以及恒流值的调整只是在系统刚启动或者是要时才进行调整，因而使用频率较低，将该部分程序的编写放在中断中。而单片机主要完成的工作归结起来主要有以下两部分：一是进行电流、电压值的采样，并且将采集到的电流值同单片机的设定值比较，然后通过PI计算，通过单片机的PWM输出，送到到外部D/A转换电路，控制UC3843的PWM输出使电流值稳定在0.5A-0.8A。

2.1 程序设计

2.1.1 主程序设计

程序开始执行时，单片机先进行PCA、PWM的初始化，进行PWM的值的初始设定，然后是定时器的初始化，这样主程序就进入了一个数码管显示的死循环。

主程序流程图如下图2-1所示。

2.2.2 定时中断子程序设计

定时中断程序中主要完成的就是通过比较设定电流值与输出电流值，进行PI计算，通过单片机PWM的输出来实现电流值的恒定。还有限压控制部分。

定时中断程序流程图如下图2-2所示。

结束语

能源在社会现代化方面起着关键作用。电力电子技术其灵活的功率变换方式，高性能、高功率密度、高效率，在21世纪必将得到大力发展，而开关电源是电力电子技术中占有很大比重的一个重要方面。

开关电源高频化使其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

参考文献

[1] 周志敏. 周紀海.开关电源实用技术设计与应用[M].北京：人民邮电出版社.2003：15-180

[2] Marty Brown（英）著.徐德鸿，沈旭，杨成林，周邓燕译. 开关电源设计指南[M].北京： 机械工业出版社， 2004.

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[4] 张占松. 开关电源的原理与设计（修订版）. 电子工业出版社， 2004.

[5] 王兆安，黄俊. 电力电子技术[M]. 北京： 机械工业出版社， 2000.

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作者简介：黄浩（1998—），男，汉族，湖北黄冈，硕士，电子信息专业