二次可調開關直流電源的設計

摘要：當前實驗用的低壓直流電源，是把220伏交流電用變壓器降壓、整流濾波后再通過線性穩(wěn)壓電路和線性穩(wěn)流電路對外供電。電源變壓器體積大、重量大、工作溫度高、電壓適應范圍小，用線性穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓恒流電能利用效率低，電能的很大比例消耗在自身的電路上。提高低壓直流電源效率的最有效辦法采用開關電源，但開關電源只適合于輸出電壓固定(或變化范圍不大的場合)，為了解決上述問題，這里利用開關型穩(wěn)壓器件設計出二次可調開關直流電源，以替換現(xiàn)在實驗室中普遍使用的直流電源。
關鍵詞：線性穩(wěn)壓；線性恒流；開關電源

0 引言
物理實驗室給師生使用的實驗電源都是把220V的交流電用工頻變壓器降壓、用整流濾波電路變成36V的直流電后再用線性穩(wěn)壓電路或線性穩(wěn)流電路向外供電，線性穩(wěn)壓在低電壓供電時效率很低，如用它給6V 1A的用電器供電時，穩(wěn)壓電路從電源最少要吸取的電能是36V×1A= 36W(不包含變壓器和整流濾波電路消耗的電能)，對用電器的供電功率僅有6W，電能利用效率僅是6／36=0．16=16．7％，也就是說它要在自己的內部電路上消耗30W的電能。在許多應用場合都需要電流源，而不是電壓源，當實驗需要能提供大電流的電流源時，使用線性穩(wěn)壓器是不可取的，其原因在于串聯(lián)電阻器的功耗很大。提高電源效率的最有效辦法是采用開關電源，開關電源具有精確度高、性能穩(wěn)定等優(yōu)良的電子特性和體積小、重量輕、效率高、響應速度快、電壓調整范圍大等一系列優(yōu)點，但開關電源只適合于輸出電壓固定或變化范圍不大的場合，而不適合要求輸出電壓幅度變化很大或連續(xù)可調的場合，為了解決傳統(tǒng)實驗電源的功率浪費和形體笨重，以及開關電源只適合于輸出電壓固定或變化范圍不大的問題。本文利用最常用的開關型穩(wěn)壓器件LM2576設計出二次開關電源，以便替換現(xiàn)在實驗室中使用的直流電源。

1 電路控制設計
1．1 電路結構
220V市電首先用一次開關電路降成40V直流電，這樣可以避免工頻變壓器體積大、重量大、適應市電變化范圍小的問題。然后分別用開關穩(wěn)壓電路組成可調穩(wěn)壓電路和可調穩(wěn)流電路(二次開關)，這樣可以大幅度地提高電能的利用效率，減少電源自身的功耗。
二次開關直流電源結構如圖1所示。其中5V二次開關穩(wěn)壓是數(shù)字電流表和電壓表的供電電源。

1．2 一次開關降壓電源電路
一次開關降壓電源電路，首先把220V的交流電經(jīng)整流、濾波電路變成約300V直流電壓，然后通過高頻開關電路控制開關元件控制通過高頻變換器的導通電流和截止時間比例來調節(jié)高頻變換器的輸出電壓，高頻變換器輸出的矩形波電壓經(jīng)整流、濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷骸ｋ妷嚎刂齐娐酚烧袷幤?、取樣電路、比較器、脈寬調制及基準電壓等電路構成。為了使電路簡單可靠，一般選用開關電源用集成電路。該設計選用西門子公司最新推出的TDA1683x系列電流型單片開關電源，它具有體積小、外圍電路簡單、溫度范圍寬的特點，其電路原理圖如圖2所示。

為了簡單，在試驗制作之時我們直接選用市場上購買的輸出40V 3A開關成品電源，如圖3所示。