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五月 23 2020

基于LM2576的数控可调开关电源设计

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LM2576LM2576TexasInstruments通信电路NS低功耗

目录

1.电路结构

2.原理分析

2.1稳压电路

2.2电压调整电路

2.3电压显示电路

3.总体电路
结语

  开关稳压电源以其体积小、重量轻、变换效率高而被广泛应用于电子设备中,但这种电源只适用于输出电压固定或变化范围不大的场合。因此本提出了一种利用单片式开关稳压器LM2576-ADJ替代线性稳压器构成的串联开关式稳压电源,除具有线性电源宽范围连续可调的优点外,同时又使电源效率得到了大幅度提高。在本电路最大输出功率约为75w,电压调节范围在1.23V~25V,输出电流可达3A。

  1.电路结构

  整个电路是由降压整流电路、稳压电路、数控调节电路、数显电路等四部分构成。其电路框图如图1所示。

系统框图

  图1 系统框图

  2.原理分析

  2.1稳压电路

  本电路的稳压部分采用LM2576。为了产生不同的输出电压,通常将比较器的负端接基准电压(1.23V),正端接分压电阻网络,输出电压经分压电阻网络的输出同内部基准稳压值1.23V进行比较。若电压有偏差,可用放大器控制内部振荡器的输出占空比,从而使输出电压保持稳定。其典型应用电路如图2所示。

输出电压可调型典型应用电路

  图2 输出电压可调型典型应用电路

  图中+V1N是电压输入端,稳压器控制端4脚接于电位器W和电阻R组成的分压电路上,改变W即可改变分压比,就能调节其输出电压大小。输出电压Vout与R1和R2的关系Uo=UREF(1+R2/R1),其中稳压器取样电路基准电压UREF为1.23V。

  电感L1的选择要根据LM2576的输出电压、最大输入电压、最大负载电流等参数选择。首先,依据如下公式计算出电压·微秒常数(E·T):

电压·微秒常数(E·T)

  上式中Vin是LM2576的最大输入电压,Vout是LM2576的输出电压,f是LM2576的工作振荡频率值(52KHz)。E·T确定之后,就可参照相应的电压·微秒常数和负载电流曲线图来查找所需的电感值,见图3。

电压·微秒常数和负载电流曲线图

  图3 电压·微秒常数和负载电流曲线图

  在本电路中Vin=28V,Vout=25V,故根据公式可得出:

公式

  由图中可以看出,按照最大负载电流选择,电感L的取值应为68μH。CIN为输入端滤波电容,一般应大于或等于100μF,安装时要求尽量靠近LM2576的输入引脚,其耐压值应与最大输入电压值相匹配。COUT为输出端滤波电容,该电容应按如下公式取值:

公式取值

  式中Vin是LM2576的最大输入电压,Vout是LM2576的输出电压,L是经计算并查表选出的电感L1的值。电容C的耐压值应大于额定输出电压的1.5~2倍。二极管D1选用MBR360系列的肖特基二极管。

  2.2电压调整电路

  本电路的电压调整部分采用电子电位器X9511作为电压调整单元。其典型应用图,见图4。X9511内含31个串联电阻阵列和32个轴头。轴头位置由两个按键控制,并且可以被存储在内部的EEPROM存储器中,以供下一次通电时重新调用,并自动恢复轴头位置。电压调整电路图,见图5。

X9511的典型应用图

  图4 X9511的典型应用图

电压调整电路

  图5 电压调整电路

  根据LM2576一ADJ的应用原理,其输出电压Uo=(1+R/R2),式中R可选用由IC3(X9511,50K)构成的数控电位器,UREF=1.23V,Uo=UOMAX=25V,所以:

R2计算

  即R2的取值约为2.6KΩ。由以上分析可知,此电路的电压调节范围大约如下:

  当R为0Ω时:R为0Ω的值

  当R为50KΩ时:R为50KΩ的值

  2.3电压显示电路

  在本单元中我们采用由MAX1496构成的电压显示电路。其工作电源为单电源2.7V至5.25V。其典型应用电路见图6,电压显示电路见图7。

M-AXI496典型应用电路

  图6 M-AXI496典型应用电路

采用电阻分压法扩展量程

  图7 采用电阻分压法扩展量程

  RANGE引脚是倍率选择引脚,由于显示的电压范围为1.23V~25V,而其量程最大为2V,若要正确显示电压应扩大其量程至200V。扩大量程的方法可以使用电阻分压法,在MAX1496的AIN+与AIN一之间增加如图7所示的分压电路,根据图中的电阻阻值可以计算出其量程扩大了100倍,电阻阻值,即200V。如此时测量最大200V的电压,经分压电路分压后,即可得到200V×0.01=2V满量程电压。

  DPSET1、2引脚设置小数点的显示位,供在不同的量程下显示,具体设置和效果如表1所示。因在本电路中显示满量程为200V,所以可以选择表中第一种设置格式,其显示分辨率为0.1。

表1MAX1496小数点显示设置

  HOLD和PEAK引脚为数据保持和峰值显示设置位,它们的具体设置和效果如表2所示。第一种是锁存状态,用来保存所测得的值;第二种是峰值显示方式,用来显示所测得的最高值。在本例中可选择最后一种最新结果显示方式。

表2MAX1496显示方式设置

  MAX1496采用位段扫描的动态显示方式,其显示扫描频率达到640Hz,显示稳定清晰,相比静态显示功耗大大降低。在本设计中,可以选用常用的四位扫描式LED显示器。

  3.总体电路

  总体电路见图8,市电经变压器T降压后由桥式整流电路D1和由电容C1构成的滤波电路将低压交流转变为大约30V的直流电压,此电压的一路送IC2(LM2576)的电压输入端,另一路送由VT1、D2、IC1(LM7805)构成的+5V电源电路,作为IC3(X9511)、JC4(MAX1496)的工作电源。

系统总图

  图8 系统总图

  30V的直流电压送人IC2(LM2576)后,其输出电压受到IC3(X9511)的控制,即按动AN1(电压上升)或AN2(电压下降)来调节输出电压。由于X9511的ASE脚接入+5V即高电平,所以每次开机时电位器自动将阻值回归到0Ω,使此电源输出控制在最低输出电压1.23V,避免了开机时输出高电压的误操作。最终调整好的电压由IC2(LM2576)的2脚输出,一路经由R3、R4构成的分压电路分压后作为采样电压送至电压显示电路显示当前的输出电压,另一路送至本电源输出端或负载。

  结语

  本文总结了基于LM2576的数控可调开关电源设计方案,其具有电路简单、可靠、变换效率高、价格便宜等优点,在电路中只需几只元器件就可组成供电电流达3A的开关稳压电源,将该电路用于一般较轻负载时,LM2576无需安装散热器,既节省了设备的空间又减少了热损耗,经过实际测试,其性能指标完全能够满足一般需要,是现流行的三端线性调整器的最佳替代品。

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