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五月 23 2020

基于LM2576的數控可調開關電源設計

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LM2576LM2576TexasInstruments通信電路NS低功耗

目錄

1.電路結構

2.原理分析

2.1穩壓電路

2.2電壓調整電路

2.3電壓顯示電路

3.總體電路
結語

  開關穩壓電源以其體積小、重量輕、變換效率高而被廣泛應用于電子設備中,但這種電源只適用于輸出電壓固定或變化范圍不大的場合。因此本提出了一種利用單片式開關穩壓器LM2576-ADJ替代線性穩壓器構成的串聯開關式穩壓電源,除具有線性電源寬范圍連續可調的優點外,同時又使電源效率得到了大幅度提高。在本電路最大輸出功率約為75w,電壓調節范圍在1.23V~25V,輸出電流可達3A。

  1.電路結構

  整個電路是由降壓整流電路、穩壓電路、數控調節電路、數顯電路等四部分構成。其電路框圖如圖1所示。

系統框圖

  圖1 系統框圖

  2.原理分析

  2.1穩壓電路

  本電路的穩壓部分采用LM2576。為了產生不同的輸出電壓,通常將比較器的負端接基準電壓(1.23V),正端接分壓電阻網絡,輸出電壓經分壓電阻網絡的輸出同內部基準穩壓值1.23V進行比較。若電壓有偏差,可用放大器控制內部振蕩器的輸出占空比,從而使輸出電壓保持穩定。其典型應用電路如圖2所示。

輸出電壓可調型典型應用電路

  圖2 輸出電壓可調型典型應用電路

  圖中+V1N是電壓輸入端,穩壓器控制端4腳接于電位器W和電阻R組成的分壓電路上,改變W即可改變分壓比,就能調節其輸出電壓大小。輸出電壓Vout與R1和R2的關系Uo=UREF(1+R2/R1),其中穩壓器取樣電路基準電壓UREF為1.23V。

  電感L1的選擇要根據LM2576的輸出電壓、最大輸入電壓、最大負載電流等參數選擇。首先,依據如下公式計算出電壓·微秒常數(E·T):

電壓·微秒常數(E·T)

  上式中Vin是LM2576的最大輸入電壓,Vout是LM2576的輸出電壓,f是LM2576的工作振蕩頻率值(52KHz)。E·T確定之后,就可參照相應的電壓·微秒常數和負載電流曲線圖來查找所需的電感值,見圖3。

電壓·微秒常數和負載電流曲線圖

  圖3 電壓·微秒常數和負載電流曲線圖

  在本電路中Vin=28V,Vout=25V,故根據公式可得出:

公式

  由圖中可以看出,按照最大負載電流選擇,電感L的取值應為68μH。CIN為輸入端濾波電容,一般應大于或等于100μF,安裝時要求盡量靠近LM2576的輸入引腳,其耐壓值應與最大輸入電壓值相匹配。COUT為輸出端濾波電容,該電容應按如下公式取值:

公式取值

  式中Vin是LM2576的最大輸入電壓,Vout是LM2576的輸出電壓,L是經計算并查表選出的電感L1的值。電容C的耐壓值應大于額定輸出電壓的1.5~2倍。二極管D1選用MBR360系列的肖特基二極管。

  2.2電壓調整電路

  本電路的電壓調整部分采用電子電位器X9511作為電壓調整單元。其典型應用圖,見圖4。X9511內含31個串聯電阻陣列和32個軸頭。軸頭位置由兩個按鍵控制,并且可以被存儲在內部的EEPROM存儲器中,以供下一次通電時重新調用,并自動恢復軸頭位置。電壓調整電路圖,見圖5。

X9511的典型應用圖

  圖4 X9511的典型應用圖

電壓調整電路

  圖5 電壓調整電路

  根據LM2576一ADJ的應用原理,其輸出電壓Uo=(1+R/R2),式中R可選用由IC3(X9511,50K)構成的數控電位器,UREF=1.23V,Uo=UOMAX=25V,所以:

R2計算

  即R2的取值約為2.6KΩ。由以上分析可知,此電路的電壓調節范圍大約如下:

  當R為0Ω時:R為0Ω的值

  當R為50KΩ時:R為50KΩ的值

  2.3電壓顯示電路

  在本單元中我們采用由MAX1496構成的電壓顯示電路。其工作電源為單電源2.7V至5.25V。其典型應用電路見圖6,電壓顯示電路見圖7。

M-AXI496典型應用電路

  圖6 M-AXI496典型應用電路

采用電阻分壓法擴展量程

  圖7 采用電阻分壓法擴展量程

  RANGE引腳是倍率選擇引腳,由于顯示的電壓范圍為1.23V~25V,而其量程最大為2V,若要正確顯示電壓應擴大其量程至200V。擴大量程的方法可以使用電阻分壓法,在MAX1496的AIN+與AIN一之間增加如圖7所示的分壓電路,根據圖中的電阻阻值可以計算出其量程擴大了100倍,電阻阻值,即200V。如此時測量最大200V的電壓,經分壓電路分壓后,即可得到200V×0.01=2V滿量程電壓。

  DPSET1、2引腳設置小數點的顯示位,供在不同的量程下顯示,具體設置和效果如表1所示。因在本電路中顯示滿量程為200V,所以可以選擇表中第一種設置格式,其顯示分辨率為0.1。

表1MAX1496小數點顯示設置

  HOLD和PEAK引腳為數據保持和峰值顯示設置位,它們的具體設置和效果如表2所示。第一種是鎖存狀態,用來保存所測得的值;第二種是峰值顯示方式,用來顯示所測得的最高值。在本例中可選擇最后一種最新結果顯示方式。

表2MAX1496顯示方式設置

  MAX1496采用位段掃描的動態顯示方式,其顯示掃描頻率達到640Hz,顯示穩定清晰,相比靜態顯示功耗大大降低。在本設計中,可以選用常用的四位掃描式LED顯示器。

  3.總體電路

  總體電路見圖8,市電經變壓器T降壓后由橋式整流電路D1和由電容C1構成的濾波電路將低壓交流轉變為大約30V的直流電壓,此電壓的一路送IC2(LM2576)的電壓輸入端,另一路送由VT1、D2、IC1(LM7805)構成的+5V電源電路,作為IC3(X9511)、JC4(MAX1496)的工作電源。

系統總圖

  圖8 系統總圖

  30V的直流電壓送人IC2(LM2576)后,其輸出電壓受到IC3(X9511)的控制,即按動AN1(電壓上升)或AN2(電壓下降)來調節輸出電壓。由于X9511的ASE腳接入+5V即高電平,所以每次開機時電位器自動將阻值回歸到0Ω,使此電源輸出控制在最低輸出電壓1.23V,避免了開機時輸出高電壓的誤操作。最終調整好的電壓由IC2(LM2576)的2腳輸出,一路經由R3、R4構成的分壓電路分壓后作為采樣電壓送至電壓顯示電路顯示當前的輸出電壓,另一路送至本電源輸出端或負載。

  結語

  本文總結了基于LM2576的數控可調開關電源設計方案,其具有電路簡單、可靠、變換效率高、價格便宜等優點,在電路中只需幾只元器件就可組成供電電流達3A的開關穩壓電源,將該電路用于一般較輕負載時,LM2576無需安裝散熱器,既節省了設備的空間又減少了熱損耗,經過實際測試,其性能指標完全能夠滿足一般需要,是現流行的三端線性調整器的最佳替代品。

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