基于LM2576的數(shù)控可調(diào)開關(guān)電源設(shè)計(jì)介紹|壹芯微

開關(guān)穩(wěn)壓電源以其體積小、重量輕、變換效率高而被廣泛應(yīng)用于電子設(shè)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(guān)穩(wěn)壓器LM2576-ADJ替代線性穩(wěn)壓器構(gòu)成的串聯(lián)開關(guān)式穩(wěn)壓電源，除具有線性電源寬范圍連續(xù)可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)外，同時(shí)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(diào)節(jié)范圍在1.23V~25V，輸出電流可達(dá)3A。

1.電路結(jié)構(gòu)

整個(gè)電路是由降壓整流電路、穩(wěn)壓電路、數(shù)控調(diào)節(jié)電路、數(shù)顯電路等四部分構(gòu)成。其電路框圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)框圖

2.原理分析

2.1穩(wěn)壓電路

本電路的穩(wěn)壓部分采用LM2576。為了產(chǎn)生不同的輸出電壓，通常將比較器的負(fù)端接基準(zhǔn)電壓(1.23V)，正端接分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，輸出電壓經(jīng)分壓電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出同內(nèi)部基準(zhǔn)穩(wěn)壓值1.23V進(jìn)行比較。若電壓有偏差，可用放大器控制內(nèi)部振蕩器的輸出占空比，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。其典型應(yīng)用電路如圖2所示。

圖2輸出電壓可調(diào)型典型應(yīng)用電路

圖中+V1N是電壓輸入端，穩(wěn)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(diào)節(jié)其輸出電壓大小。輸出電壓Vout與R1和R2的關(guān)系Uo=UREF(1+R2/R1)，其中穩(wěn)壓器取樣電路基準(zhǔn)電壓UREF為1.23V。

電感L1的選擇要根據(jù)LM2576的輸出電壓、最大輸入電壓、最大負(fù)載電流等參數(shù)選擇。首先，依據(jù)如下公式計(jì)算出電壓·微秒常數(shù)(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(yīng)的電壓·微秒常數(shù)和負(fù)載電流曲線圖來查找所需的電感值，見圖3。

圖3電壓·微秒常數(shù)和負(fù)載電流曲線圖

在本電路中Vin=28V，Vout=25V，故根據(jù)公式可得出：

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

式中Vin是LM2576的最大輸入電壓，Vout是LM2576的輸出電壓，L是經(jīng)計(jì)算并查表選出的電感L1的值。電容C的耐壓值應(yīng)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(diào)整電路

本電路的電壓調(diào)整部分采用電子電位器X9511作為電壓調(diào)整單元。其典型應(yīng)用圖，見圖4。X9511內(nèi)含31個(gè)串聯(lián)電阻陣列和32個(gè)軸頭。軸頭位置由兩個(gè)按鍵控制，并且可以被存儲在內(nèi)部的EEPROM存儲器中，以供下一次通電時(shí)重新調(diào)用，并自動(dòng)恢復(fù)軸頭位置。電壓調(diào)整電路圖，見圖5。

圖4X9511的典型應(yīng)用圖

圖5電壓調(diào)整電路

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

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

當(dāng)R為50KΩ時(shí)：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(gòu)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(yīng)用電路見圖6，電壓顯示電路見圖7。

圖6M-AXI496典型應(yīng)用電路

圖7采用電阻分壓法擴(kuò)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(yīng)擴(kuò)大其量程至200V。擴(kuò)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(jù)圖中的電阻阻值可以計(jì)算出其量程擴(kuò)大了100倍，，即200V。如此時(shí)測量最大200V的電壓，經(jīng)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(shè)置小數(shù)點(diǎn)的顯示位，供在不同的量程下顯示，具體設(shè)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(shè)置格式，其顯示分辨率為0.1。

HOLD和PEAK引腳為數(shù)據(jù)保持和峰值顯示設(shè)置位，它們的具體設(shè)置和效果如表2所示。第一種是鎖存狀態(tài)，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(jié)果顯示方式。

MAX1496采用位段掃描的動(dòng)態(tài)顯示方式，其顯示掃描頻率達(dá)到640Hz，顯示穩(wěn)定清晰，相比靜態(tài)顯示功耗大大降低。在本設(shè)計(jì)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(jīng)變壓器T降壓后由橋式整流電路D1和由電容C1構(gòu)成的濾波電路將低壓交流轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠹s30V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(gòu)成的+5V電源電路，作為IC3(X9511)、JC4(MAX1496)的工作電源。

圖8系統(tǒng)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(dòng)AN1(電壓上升)或AN2(電壓下降)來調(diào)節(jié)輸出電壓。由于X9511的ASE腳接入+5V即高電平，所以每次開機(jī)時(shí)電位器自動(dòng)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(jī)時(shí)輸出高電壓的誤操作。最終調(diào)整好的電壓由IC2(LM2576)的2腳輸出，一路經(jīng)由R3、R4構(gòu)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(dāng)前的輸出電壓，另一路送至本電源輸出端或負(fù)載。

結(jié)語

本文總結(jié)了基于LM2576的數(shù)控可調(diào)開關(guān)電源設(shè)計(jì)方案，其具有電路簡單、可靠、變換效率高、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在電路中只需幾只元器件就可組成供電電流達(dá)3A的開關(guān)穩(wěn)壓電源，將該電路用于一般較輕負(fù)載時(shí)，LM2576無需安裝散熱器，既節(jié)省了設(shè)備的空間又減少了熱損耗，經(jīng)過實(shí)際測試，其性能指標(biāo)完全能夠滿足一般需要，是現(xiàn)流行的三端線性調(diào)整器的最佳替代品。

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