一種帶過載保護的開關穩壓電源設計方案

1. 3. 2 　變壓器解決方案

選用EI 變壓器，設置匝數比為10∶32 ,線徑0. 7 mm,初級雙線并繞，次級單線繞制，這樣能最大限度地提高效率。

2 　硬件設計

2. 1 　開關管的選取

由于是PWM芯片直接驅動，因此驅動電流不大，考慮到效率問題，選用IRF540。它是電壓控制器件，要求驅動電流很低，并且開關速度很快，導通電阻很小，這樣既減少了開關損耗，也降低了本身寄生電阻的損耗。

2. 2 　輸入整流二極管的選取

由于集成整流橋用于整流濾波，易引起整流管過熱，其輸出電壓過低，導致負載電壓不穩。因此采用共陰極肖特基二極管取代。

2. 3 　輸出整流二極管的選取

考慮到效率要求，選用了肖特基二極管，速度快且壓降低。

2. 4 　變壓器的繞制方法

選用EI 變壓器，工作頻率為30kHz ,計算匝伏比： N/ V = Ton/ (ΔB ×Ae) ,原邊繞組匝數： Np= Vinmin ×( N/ V) ,副邊繞組匝數： N2 = ( Vo + Vd + Io ×R)×( N/ V) ,設置的匝數比為10∶32 ,線徑0. 7 mm,初級雙線并繞，次級單線繞制。該設計方法能最大限度地提高效率。

2. 5 　整流管的輸出穩壓

由于18 V 經整流濾波后達到25V ,因此選用了耐壓值為1 000μF/ 50 V 的大電容來穩壓。

2. 6 　LC濾波參數設計

根據電感最大貯能值0. 5 ×L ×I ×I 確定電感峰值電流Imax = Io + 2 ×VoToff / L (Toff 為關斷時間) ,匝數N 應進行取整，當匝數少電流大時，應盡量避免取半匝的情況。經計算后選取電感量為10 mH,電容為4 700μF。

2. 7 　保護電路設計

采用LM358 和LM193 作為過流采樣比較器。若負載過流，比較器輸出高電平給單片機，單片機查詢端口作出判斷給SG3525 的shut 口一個高電平，同時把1 個三極管打通給負載一個5 V 電壓再次檢測負載狀態;若過流拆除通過LM393 比較器給單片機一個高電平，那么單片機給shut 端低電平來開啟SG3525。若未拆除，過載單片機循環查詢等待拆除。

3 　運行情況與分析

在該設計中，采用的試驗手段及儀器如下。

(1) 輸出電壓調整范圍的測試。通過51 控制改變DC2DC變換器的電源電壓值，從而達到調整輸出電壓的目的。用萬用表測試電壓值。

(2) 最大輸出電流的測試。通過調整負載電阻的值來調整輸出電流，當負載短路時輸出電流最大。

(3) 電壓調整率Su 的測試。在給定的輸入電壓從15～21 V 變化時，用5 位半的數字表分別測出負載電壓的最大變化量，然后除以負載電壓就可以計算出Su。用同樣的方法可以測出Si 。

(4) 輸出電壓紋波Vpp。用交流調壓器設定U2 為18 V ,負載電壓為36 V ,電流為2 A 時，用模擬示波器測量紋波電壓峰峰值。

(5)DC2DC 的變換效率。分別用5 位半的數字表測得負載電壓和電流與DC2DC 變換器的輸入電壓和電流，然后計算出輸入和輸出功率，便可計算出效率。

該系統在實驗室中進行了測試，其測試數據表如表1～4所示。

通過測試，該穩壓電源具有過流、過壓保護功能。可見，該電源的穩壓性能指標較高，控制輸出具有可調性。

4 　結語

本文設計的穩壓電源采用性能穩定常用的PWM 芯片SG3525 來進行反饋調整穩壓，并通過51 單片機來設定輸出電壓，功放電路采用MOS 管搭建的雙端推挽方式，提高了電源效率。系統測試和運行結果表明，該穩壓電源使控制更加智能化，能夠長期高效，穩定的工作，更夠滿足農業機械以及照明設備電路的持續工作需要，同時避免了大量的硬件電路設計，降低了制造成本，在農業生產機械和照明設備上具有比較廣闊的應用和發展前景。