单片集成电路LM2576提供了降压开关稳压器的基本

2019-05-25 16:56字体:
  

  在各种电子设备应用中具有及其重要的作用,是否持续平稳,将直接影响着电子设备的稳定性、精确性及可靠性。针对目前存在的稳定性差、效率低和成本较高的问题,设计了一种基于MC34063的直流稳压电源,并进行了相关测试。结果表明所提设计具有稳定连续的调节能力、成本较低且效率较高,为类似直流稳压电源的设计提供了参考。

  各种电子设备的大量应用给人们的生产和生活带来的极大便利,但是各种电子设备都必须依赖稳定的电源。电源是各种电子装置的工作基础,其性能直接影响到系统与设备的工作质量和效率,在电子电路中通常都需要电压稳定的直流电源供电,直流稳压电源是一种性能接近理想电压源的直流电源。小到袖珍计算器,大到超级计算机,所有的电子设备都必须在稳压电源的支持下才能正常工作。电子设备对电源的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能,而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。直流可调稳压电源以其广泛的应用场合及其简单便携的优点得到青睐,如何提高直流稳压电源的稳压性能及电源效率是电源技术研究要解决的首要问题。

  针对某实验室场合的需求,稳压电源系统设计要求为:输入电压为6~9V;输出电压在9~17V内连续可调:最大输出电流为1A;电压调整率小于1%;波纹电压小于0.5%。

  方案1:采用线作为输出电压可变的集成三端稳压模块,是一种使用较为方便、应用较多的集成稳压模块,具有输出电压范围广、外围电路简单的优点。稳压电源的输出电压可用下式计算,输出电压的设定是通过改变R2与R1的比值来调节的,为了电路的稳定工作,还需要接二极管作为保护电路,防止电路中的电容放电时出现的高压损坏现象。但LM317功耗比较大,长时间工作芯片发热量大,需借助较大的散热片才可稳定工作。由于 LM317芯片为线设计的可调直流稳压电源的电源效率较低,不符合能源节约的要求,在电源效率要求比较高的场合难以满足要求。

  方案2:采用单片集成稳压芯片LM2576设计。单片集成电路LM2576提供了降压开关稳压器的基本功能。可在1.23~37 V的范围内连续可调输出,最大输出电流1A。LM2576内部集成了部频率补偿和固定频率振荡器,外围电路设计简单。由于LM2576功耗低,从而大大减少了散热片大小。但在使用时受到局部条件限制,如需要旁路电容防止输入端出现瞬时过电压;二极管的选择上需要开关速度快、正向压降低、反向恢复时间短的肖特基二极管;要求有高的通流量和对应的电感值;需要等效串连电阻低的电容防止器件损坏,提高环路的稳定性。

  方案3:采用开关型集成稳压芯片MC34063设计。MC34063是一单片开关型集成稳压电路,专用于DC/DC变换器控制部分,电路简单且效率较高能满足一般要求。器件具有温度自动补偿功能的基准电压发生器,静态电流低,对短路电流能进行限制,工作振荡频率从100 Hz到100 kHz。可以外接三极管、MOS管等器件来提高输出功率,输入输出电压在40 V以下时能安全稳定工作。图1为MC34063引脚电路。

  图中①为开关管集电极口,②为开关管发射极,③为定时电容,④为地,⑤为比较器反向,⑥为v+,⑦为电流检测,⑧驱动管集电极。

  采用MC34063设计直流可调稳压电源具有成本低、电路简单、电源效率高等诸多优点,该器件可作为升压变换器、降压变换器、反向器的控制核心。

  斩波型开关稳压电源按其拓扑结构通常可以分为3种:降压型(Buck)、升压型(Boost)、升降压型(Buck-boost)。升压型(Boost)典型电路如图2所示。

  当开关T导通时,二极管承受反压截止,能量从直流电源输入并储存到电感L中,电感电流线性增长;当开关T关断时,二极管导通,由于电感电流不能突变,产生感应电动势阻止电流减小。控制开关管T的开关频率,就能控制电感的电量,从而稳定电容两端的压降,持续不断的打开和关闭开关管就能使得电容两端有一个持续的稳定的高于输入电压的一个压降。

  在鉴于直流可调稳压电源输出电压范围较广,输出电压值较高,该直流可调稳压电源采用升压电路设计以满足在较低的输入电压下有较高的输出电压范围。

  图3为MC34063集成开关稳压芯片典型升压应用电路。应用电路输出电压固定为15 V,为满足设计要求需要在此电路的基础上进行电路的修改与完善,通过对电路的分析得到以下结论:

  1)其输出电压值是通过改变R4和R5电阻值来调整的,其输出电压符合以下的公式:

  2)电路中限流电阻取值为0.3 ,因此输入电流限制公式为:

  3)MC34063在不加三极管扩展电流的情况下其输出最大电流值为1.5 A,增加三极管可以使MC34063的输出电流得到很大提高。

  鉴于以上分析,对图3进行电路设计和完善,开关SW2调控输入电压,保证输入一个持续稳定的一个直流电压,二极管1N4007整流,电解电容C3、C4实现输出电压的滤波用来保证输出电压有较小的纹波输出。LED灯为输出电压的指示。电阻R1用来限流以保证LED灯的工作电流,电位器RP1用来调整输出电压值,电阻R3用来限制最大的输出电流值,系统硬件电路如图4所示。

  振荡电路:振荡器是通过恒流电源对外接在CT管脚上的定时电容不断地充电与放电以产生振荡波形。充电和放电的电流都是恒定的,振荡频率仅仅取决于外接定时电容。

  滤波电路:滤波电路通常是由具有储能特性的电容、电感及其他元件组成,它能将脉动直流电流中的脉动交流成分滤除掉,从而使输出的电压变为比较平滑的直流电压。但

  是,当电网的电压或负载以及温度发生变化时,滤波器输出的直流电压的值也会随之变化,因此,此时的直流电压并不稳定。

  稳压电路:稳压电路是利用能够自动调整输出电压变化的电路来使输出的电压不随电网电压、温度或负载的变化而变化,从而达到稳定输出电压的目的。一般稳压电路分为并联型、串联型线性稳压电路和开关型稳压电路等。本次所用的为固定集成稳压器,该稳压器本身不能产生功率,而是将输入端功率取出传送给负载,通过控制该功率的大小使输出电压不变。

  输出电压电路:输出电压电路是采用改变LED的亮度来实现,在输出电压连续可调的过程中,LED的亮度会跟随输出电压的变化而变化,输出电压增大LED亮度则变亮,输出电压减小LED亮度则变暗。

  程序设计主要包括了A/D及D/A转换模块、误差处理模块等。为了提高精度,针对外接负载变化引起的输出电压偏移现象,通过偏移反馈予以消除。通过改变数字电位计阻值来调整输出电压,满足误差小于0.03 V的条件,其程序流程如图5所示。

  通过软件来调节输出电压在很大程度上的节约了系统硬件资源,可以达到很高的精度。

  将直流稳压可调电源装置接到6 V到9 V的直流电源上,通过调节电位器来改变输出电压,观察负载LED指示灯的明暗亮度,通过测量电压表验证输出的电压范围是否在设定的范围内,表1为直流稳压可调电源装置在输入电压为6 V,负载为10 时的测试数据。

  从测量数据来看,所提出的直流稳压可调电源实现了设计设计的要求,输出电压可在9~17 V之间连续调节,输出最大电流为1.1 A,输出最大功率为21.87 W,输出效率在85%以上。

  设计的过程中考虑到了用电过程中交直流转换情况和电压大小情况,根据具体情况实现了相应的功能。在完备可靠的硬件资源的基础上,充分利用MC34063的可调节三端正电稳压以及高精度功能;设计系统同时还中融入了LED显示,给使用者带来了极大的方便。通过实验测量,表明可调式直流稳压电源具有工作稳定、精度高、可控性、性价比高等优势,解决了小型电子设备的直流用电需求。

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