基于LM2576的多功能开关电源设计

2012-11-07 11:18:37来源: 互联网 关键字:LM2576  多功能  开关电源

引言

  随着电源技术的飞速发展,开关电源以其功耗小、体积小、重量轻等优点得到了广泛的应用。目前开关电源也正在朝着集成化与多功能化的方向发展。本文以大学生电子设计竞赛为背景,介绍一种性价比高、功能较强的实用开关电源设计方案。

  竞赛内容为设计具有单路恒压输出功能的开关电源,输出电压范围为0 ~ 15 V,步进100 mV;输出电流不小于1 A,纹波300 mV以下;调整过程用单片机完成,并提供数字显示功能。

  方案论证及设计

  开关电源控制核心模块,包括开关电源控制器和配套的必要外围电路、反馈回路和继电器切换电路。这一模块的作用是完成开关电源最基本的功能,包括降压、升压和恒流等。其中开关电源控制器采用LM2576-ADJ,这是具有可调电压输出的开关电源控制芯片,内置PWM控制电路和驱动管,性价比高。此芯片最大输入电压为37V,输出通过反馈电阻分压,可在1.25V~ 35V范围内调整,输出电流可以达到3A,满足题目设计要求。反馈回路中进行比较、差分放大的电路采用CMOS型集成运放TLC2262,具有功耗低、精度高、满幅输出范围大、线性度好等特点,适合在本设计电路中应用。

  单片机控制模块,包括单片机和相应的A/D、D/A转换模块、继电器切换控制模块,以及人机交互接口。这一模块的作用是通过单片机输出的D/A转换信号和继电器切换控制信号,数模转换器,又称D/A转换器,简称DAC,它是把数字量转变成模拟的器件。D/A转换器基本上由4个部分组成,即权电阻网络、运算放大器、基准电源和模拟开关。模数转换器中一般都要用到数模转换器,模数转换器即A/D转换器,简称ADC。

  辅助电源模块完成从220V到系统所需各路电源的变压、整流、降压等工作。辅助电源模块通过整流提供两路直流输出,一路给开关电源的核心模块提供输出所需的足够能量,另一路由LM2576和LM1117稳压给单片机和其他控制模块提供控制需要的较低压直流电。

  以上描述的总体设计原理见图1。

 

  图1 系统的模块结构和设计原理框图

  硬件电路设计

  降压型电路原理和设计

  采用LM2576构成的降压电路如图2所示,输出电压经R1和R2分压取样后送到减法器的正输入端,负端接VSET。VSET信号是单片机给出的电压信号,输出的取样电压减去D/A转换电压后得到误差信号。再将误差信号加上参考电压(VREF)1.23V, 将此结果送到LM2576的反馈端。

 

  图2 降压型(Buck)基本电路

  相比于传统的直接反馈,本设计中的反馈回路复杂度较高,这种设计主要是出于以下考虑:首先是便于单片机控制,只要改变D/A转换输出电压,则反馈回路起作用,自动将输出取样电压向D/A转换电压靠近,完成电压调整过程;其次,可以满足设计要求中的零伏输出。若单纯用LM2576的反馈引脚,则手册中给出的参考电路最低输出只能达到1.25V,因此需要将反馈电压“平移”一个VREF参考电压的电平。

  反馈电阻分压得到的电压还同时送到单片机的DAC,通过D/A转换和尺度换算,得到输出电压值,作为数字量显示输出到数码管上。

  升压型电路原理和

  升降压电路的切换

升压型开关电源的原理

  图3是升压型开关电源的原理图。由于存在电感,因此可以做到输出电压大于输入电压。开关管导通时,电流经电感→开关管→接地,二极管截止;开关管截止时,电流被截断,电感放出能量,这时电流经二极管给电容充电并给负载提供电流,实现了升压型电源。

 

  图3 升压型电路原理图

  LM2576在电路中所起的作用可以看作是PWM发生器和开关管的集成,因此,虽然LM2576通常用做降压电路,但具有改造成为升压电路的能力。

  升降压电路的切换

  升压电路和降压电路的连接方式不同,因此无法在同一电路中同时实现升降压。本文采取的办法是用小型继电器切换。通过受信号控制的切换,开关连接到不同的触点,完成电路连接形式的切换。

  切换电路如图4所示,图中四个开关分属两个不同的继电器(双刀双掷)K4和K3,均受单片机控制。通过继电器触点切换,实现升压和降压作用。要说明的是,图 4中没有画出反馈回路。

 

  图4 电路升降压切换图示

  恒流输出电路设计

  在上述功能基础上,本设计进一步增加了恒流输出功能,如图5所示。将输出电流在分流器上的压降取出来,并加以放大,得到适当大小的直流电压信号。此信号一方面送到单片机进行A/D转换,一方面送到反馈回路减法器的输入,并与D/A转换输出电压比较。

 

  图5 实现恒流输出的电流-电压转换电路

  通过单片机I/O引脚对继电器的控制,实现反馈减法器输入的选择,从而实现电路恒压/恒流的切换控制。

关键字:LM2576  多功能  开关电源

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/1107/article_17541.html
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