基于便捷式电子显微镜led调光器研制探析

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1、基于便捷式电子显微镜LED调光器研制探析　　摘要调光器（dimmer）是用于改变照明装置中光源光照量，并可进行一定调节的电气装置，其主要作用即为调节光照的不同亮度，达到控制照明的效果。文章所介绍的基于电子显微镜Led调光器，主要是以波控控制调光原理（又称脉冲波宽度调制）为实现理论依据，波控控制调光其英文简称为PWM，是通过把电源方波进行数位化转换，并对方波占空比进行调控，最终达到控制照明的有效目的。此次研究的电子显微镜LED调光器就是通过数字电位器、电容与场效应管等多种基础性电子元件，达到产生控制PWM脉冲的目的，进而

2、对光源实现亮度调控。关键词便捷式电子显微镜；LED调光器；PWM脉冲波调节中图分类号：TN31文献标识码：A文章编号：1671-7597（2014）05-0029-027随着经济建设的高速发展，当今社会对于各类照明设备有了越来越高的要求，除了需要具备良好的照明效果之外，还要有低能耗、发热量小以及使用寿命长等多方面的技术层面要求。LED固体光源正是基于当今社会需要应运而生。并且由于LED灯不具有热惯性等现象，因此可以快速进行开启与关闭。常见的LED调光方式主要是采用PWM即波控控制调光或称为脉冲宽度调制。通过PMW调节，

3、使LED可以持续保持额定电流的最大值，使其只存在完全熄灭与最大亮度两种工作状态，不存在中间过渡与色谱偏移，因此以PWM进行亮度调节的方式尤其适合于显微镜之类的细微精准观察之中。但由于PWM类型LED调光器通常具有众多的线路以及机电元件，体积自然也比较大，因此必须对传统PWM型LED调光器进行改良，使其满足便捷式显微镜的需要，使其更为精细、轻便，最终符合便携式电子显微镜的便捷特性。1硬件设计本方案主要将LED调光器构建为4大主要部分，分别为LED通断开关、PWM脉冲波发生电路装置、区域选择转换开关以及PWM区域控制装置。

4、PWM脉冲不断由PWM发生装置中产生，之后经过LED开关，使LED等在接收与断开信号的过程中，实现LED的高速亮开与关闭。区域选择转换装置，主要是通过对所选区域进行电路开启，未选区域进行电路关闭的方式实现区域控制，其中脉冲波的占空比和区域转换选择开关主要是由一个总控制器进行统一控制。1.1PWM脉冲波发生装置该装置是由数字电位器、反相器（NC7S14并含施密特触发器）、电容和两个肖特二极管等几个电子元件所构成的电路。7电路示意图如图1所示，其中数字电位器以滑动变阻器图标表示，2点的电位即为电容电压，2点为低压输出时，经

5、由反相器输送到4点，此点的输出转换为高压。再经由数字电位器的λR与肖基特二极管为电容充电，由此使电压不断上升。电容电压升至施密特触发器的上限阈值产生电压，4点由反相器转为低压。电容经过肖基特管和数字电位器时，另端电阻（1-λ）R产生电流，电压因此不断下降，下降到施密特触发器下限阈值时又使4点再次转换为高压，通过这种不断循环转换，使充电放电过程不断进行，由于4点不断进行高低压转换，因此产生了一连串的脉冲矩形波。并根据科学计算可以得出，本电路中的矩形波占空比具有线性可调性，且其数值只与数字电位器抽头所在位置有关，不会因为元

6、件的区别发生变化。图1PWM脉冲波发生装置电路原理示意图1.2LED高速通断开关装置由于NC7S14的输出高电平电压为57V，并可能存在多个LED串联的情况，因此输出电压可能不足以驱动电路，故LED灯组必须由电源模块进行电压供给，而PMW脉冲波是作用于操控LED的高速开关，因此为了确保高速开断的功能，可以采取通过电压操控电流的场效应管。该设计主要选择ZXM61N02F场效应管，其主要为N道增强型的MOS管。只要VGS低于启动电压时，不管DS两端具有多大的电压，ID始终为0，因此可以使脉冲信号在转换为低电平时，没有电流经

7、过LED，进而实现光照管控。此外在此种型号的场效应管中，开关速度也属于高级别，能够匹配LED的开关速度。1.3区域选择转换开关采用芯片为MAX4644的单刀双掷开关。当供电电压为5V时，最大电阻为4Ω，且断开漏电量只有0.01nA，如果输入端是低电平的话，公用端和其中一端连接，如果输入端是高电平，公用端与其一端相连，综上所述采用51单片机可以很容易实现光源选区的选择控制。1.4PWM占空比与光源选区控制器控制器不但需要对数字电位器抽头端位置进行控制，还要对区域开关的通断进行操控。这些都可以用改变芯片的方式控制引脚输入来

8、实现。因此采用51单片机便能轻松满足这些操控要求。1.5调光系统的总体硬件由于不同光源区域都设有PWM脉冲波发生装置，因此每个区域都可以单独产生线性可变的矩形脉冲方波。当某一区域数字电位器中，没有信号输入时，矩形脉冲方波仍可由反相器中的施密特触发器以及电容产生。因此在此区域数字电位器被区域选中前，矩形脉冲方波的占空比可以始终保持不