一種多功能開關(guān)電源設(shè)計

摘要：本文介紹了一種性價比高、功能豐富的程控開關(guān)電源的設(shè)計,對基于LM2576控制核心的升、降壓電路設(shè)計、切換及恒流輸出電路進(jìn)行了詳細(xì)介紹。性能測試結(jié)果驗證了本設(shè)計的有效性及實用性。

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源;多功能;LM2576

引言

隨著電源技術(shù)的飛速發(fā)展,開關(guān)電源以其功耗小、體積小、重量輕等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用。目前開關(guān)電源也正在朝著集成化與多功能化的方向發(fā)展。本文以大學(xué)生電子設(shè)計競賽為背景,介紹一種性價比高、功能較強的實用開關(guān)電源設(shè)計方案。

競賽內(nèi)容為設(shè)計具有單路恒壓輸出功能的開關(guān)電源,輸出電壓范圍為0 ~ 15 V,步進(jìn)100 mV;輸出電流不小于1 A,紋波300 mV以下;調(diào)整過程用單片機(jī)完成,并提供數(shù)字顯示功能。擴(kuò)展要求為：電源具有升壓功能：輸入為5 V,測量負(fù)載電流為1 A時的輸出電壓;具有延遲輸出功能,避免上電沖擊;具有掉電記憶功能,存儲上次設(shè)置的參數(shù)。

方案論證及設(shè)計

開關(guān)電源控制核心模塊,包括開關(guān)電源控制器和配套的必要外圍電路、反饋回路和繼電器切換電路。這一模塊的作用是完成開關(guān)電源最基本的功能,包括降壓、升壓和恒流等。其中開關(guān)電源控制器采用LM2576-ADJ,這是具有可調(diào)電壓輸出的開關(guān)電源控制芯片,內(nèi)置PWM控制電路和驅(qū)動管,性價比高。此芯片最大輸入電壓為37V,輸出通過反饋電阻分壓,可在1.25V~ 35V范圍內(nèi)調(diào)整,輸出電流可以達(dá)到3A,滿足題目設(shè)計要求。反饋回路中進(jìn)行比較、差分放大的電路采用CMOS型集成運放TLC2262,具有功耗低、精度高、滿幅輸出范圍大、線性度好等特點,適合在本設(shè)計電路中應(yīng)用。

單片機(jī)控制模塊,包括單片機(jī)和相應(yīng)的A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊、繼電器切換控制模塊,以及人機(jī)交互接口。這一模塊的作用是通過單片機(jī)輸出的D/A轉(zhuǎn)換信號和繼電器切換控制信號,對開關(guān)電源核心模塊進(jìn)行控制,從而實現(xiàn)程序控制升壓、降壓和電路切換的功能。模塊中的單片機(jī)采用C8051F330D,為增強型51內(nèi)核單片機(jī),集成了10位ADC和10位DAC,滿足設(shè)計精度需要。人機(jī)交互接口采用CH452L集成數(shù)碼管顯示和鍵盤控制器,完成數(shù)據(jù)顯示和鍵盤輸入的功能。擴(kuò)展要求中的參數(shù)掉電記憶功能,由串行E2PROM芯片 AT24C08完成。

輔助電源模塊完成從220V到系統(tǒng)所需各路電源的變壓、整流、降壓等工作。輔助電源模塊通過整流提供兩路直流輸出,一路給開關(guān)電源的核心模塊提供輸出所需的足夠能量,另一路由LM2576和LM1117穩(wěn)壓給單片機(jī)和其他控制模塊提供控制需要的較低壓直流電。

以上描述的總體設(shè)計原理見圖1。

圖1 系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)和設(shè)計原理框圖

硬件電路設(shè)計

降壓型電路原理和設(shè)計