一種多功能開關電源設計

摘要：本文介紹了一種性價比高、功能豐富的程控開關電源的設計,對基于LM2576控制核心的升、降壓電路設計、切換及恒流輸出電路進行了詳細介紹。性能測試結果驗證了本設計的有效性及實用性。

關鍵詞：開關電源;多功能;LM2576

引言

隨著電源技術的飛速發展,開關電源以其功耗小、體積小、重量輕等優點得到了廣泛的應用。目前開關電源也正在朝著集成化與多功能化的方向發展。本文以大學生電子設計競賽為背景,介紹一種性價比高、功能較強的實用開關電源設計方案。

競賽內容為設計具有單路恒壓輸出功能的開關電源,輸出電壓范圍為0 ~ 15 V,步進100 mV;輸出電流不小于1 A,紋波300 mV以下;調整過程用單片機完成,并提供數字顯示功能。擴展要求為：電源具有升壓功能：輸入為5 V,測量負載電流為1 A時的輸出電壓;具有延遲輸出功能,避免上電沖擊;具有掉電記憶功能,存儲上次設置的參數。

方案論證及設計

開關電源控制核心模塊,包括開關電源控制器和配套的必要外圍電路、反饋回路和繼電器切換電路。這一模塊的作用是完成開關電源最基本的功能,包括降壓、升壓和恒流等。其中開關電源控制器采用LM2576-ADJ,這是具有可調電壓輸出的開關電源控制芯片,內置PWM控制電路和驅動管,性價比高。此芯片最大輸入電壓為37V,輸出通過反饋電阻分壓,可在1.25V~ 35V范圍內調整,輸出電流可以達到3A,滿足題目設計要求。反饋回路中進行比較、差分放大的電路采用CMOS型集成運放TLC2262,具有功耗低、精度高、滿幅輸出范圍大、線性度好等特點,適合在本設計電路中應用。

單片機控制模塊,包括單片機和相應的A/D、D/A轉換模塊、繼電器切換控制模塊,以及人機交互接口。這一模塊的作用是通過單片機輸出的D/A轉換信號和繼電器切換控制信號,對開關電源核心模塊進行控制,從而實現程序控制升壓、降壓和電路切換的功能。模塊中的單片機采用C8051F330D,為增強型51內核單片機,集成了10位ADC和10位DAC,滿足設計精度需要。人機交互接口采用CH452L集成數碼管顯示和鍵盤控制器,完成數據顯示和鍵盤輸入的功能。擴展要求中的參數掉電記憶功能,由串行E2PROM芯片 AT24C08完成。

輔助電源模塊完成從220V到系統所需各路電源的變壓、整流、降壓等工作。輔助電源模塊通過整流提供兩路直流輸出,一路給開關電源的核心模塊提供輸出所需的足夠能量,另一路由LM2576和LM1117穩壓給單片機和其他控制模塊提供控制需要的較低壓直流電。

以上描述的總體設計原理見圖1。

圖1 系統的模塊結構和設計原理框圖

硬件電路設計

降壓型電路原理和設計