你的位置:首页 > 电源管理 > 正文

让稳压电源更“稳”的独门绝技

发布时间:2014-10-25 责任编辑:echolady

【导读】开关电源具有三大模块,隔离变压器、整流滤波、DC-DC变换网络。DC-DC变换器无论在哪个电路设计中都是关键所在,DC-DC变换器包含脉冲变压器、储能器件、滤波电路、输出整流器、开关器件等功率器件及控制模块。DC-DC的核心设计是控制模块。而控制模块大多使用PWM调制芯片。

芯片内部集成了振荡器(由外接电阻电容来决定频率),误差比较器,PWM调制器等,有的甚至有保护电路和驱动电路。在此情况下用集成芯片外加少量的电路即可构成开关电源,稳定性能较好,控制简单,芯片功耗几乎可以忽略不计,且成本低。过流保护可以使用电流取样电阻串接在负载上。当取样的电流超过指定的范围,立即切断负载,或者降低输出电压,然后过一段时间再自动启动,接上负载,由继电器来控制负载的连通性。同时用A/D采样,经过单片机处理后显示当前输出电流和电压。还扩展了键盘来实现电压步进和预置,设置蜂鸣器实现过流时报警。

开关稳压电源电路的设计

开关稳压电源系统框图如图1所示。
让稳压电源更“稳”的独门绝技
 
整流滤波电路的设计

整流滤波电路如图2,在开机瞬间,滤波电容等效为短路,可串接0.1Ω限流电阻保护整流桥。此设计最大输出功率72瓦特,电网电压低到15V输入时(整流后可达到18V),加上最不利效率为70%,则输入端功率经计算为102W,整流滤波后输出的电流约5.6A,取6A电流。用普通整流二极管不能满足要求,故用承受电流较大的硅桥。为达到可以接受的纹波系数,滤波电容的容值需要较大。考虑到其它无用功耗,取P=102W,经计算C≈30000uF,这时候纹波系数低至2.5%,但电容体积太大,DC—DC变换级对纹波系数的要求可以降低,取10000uF,纹波约8%,可以满足要求。大电容滤波还需并接瓷片电容,来抑制尖峰电压。

让稳压电源更“稳”的独门绝技
 
[page]  
Boost升压型电路的设计

主回路拓扑结构选择非隔离型中Boost型升压斩波电路,如图3。假设C和L足够大,输入输出电压,即为常数。据推理电感两端的电压值也为常数,记电感两端的电压值是VL,经过L的电流记为IL,电流变化正增量记为△i+,电流变化的负增量记为△i-。当开关闭合时,续流二极管关断,此时电源向电感充电储存能量,忽略开关管的压降。则由电感电流不可以突变、法拉第电磁感应公式和基尔霍夫电压定律推导出:增量电流△i+和时间△t成正比,呈线性上升趋势,与电感成反比。当开关管T关断时,续流二极管D导通,忽略续流二极管导通电压,输入端电源电压与电感器L中自感电动势正向叠加后,通过续流二极管D对负载R供电,同时对电容器C充电。同理推导出:负增量电流与电感值成反比,与关断时间成正比。下降是从上个时间充电后的电流点开始线形下降的。当动态平衡后,△i+=-△i-,经过占空比计算公式推导后得:在设计中输入15V~21V,整流滤波后可得约18V~25V的直流电压,而设计要求输出为30V~36V。那么当输入是18V变换到36V时,升压比最大,则占空比最大,记为α1,从25V变换到30V时,升压最小,则占空比最小,记为α2,经过推算:α2=1/6,α1=1/2。

让稳压电源更“稳”的独门绝技
 
电路设计及参数选择

此设计采用UC3842作为PWM控制芯片。它只需要很少的外部元件就可获得低成本高效益的解决方案。其内部框图如图4,UC3842采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式,共有8个引脚,各脚功能如下:①脚是误差放大器的输出端,外接阻容元件可改善误差放大器的增益和频率特性;②脚是反馈电压输入端,此脚电压与误差放大器同相端的2.5V基准电压进行比较,产生误差电压,而控制脉冲宽度;③脚为电流检测输入端,当检测电压超过1V时停止脉冲输出使电源处于间歇工作状态;④脚为定时端,内部振荡器工作频率由外接的阻容时间常数决定,f=1.8/(RT×CT);⑤脚为公共地端;⑥脚为推挽输出端,内部为图腾柱式,上升、下降时间仅为50ns驱动能力为±1A;⑦脚是直流电源供电端,具有欠、过压锁定功能,芯片功耗为15mW;⑧脚为5V基准电压输出端,有50mA的负载能力。输入端接Rl再输入到芯片电源端,由于UC3842启动电压需要16V,输入经整流滤波后至少有18V左右,可保证正常启动。串联电阻Rl取100Ω或不用R1,直接接至18V电源也可正常工作。UC3842振荡器可以工作高达500kHz,经过计算选择较折中的频率40kHz取Rt=10k,Ct=4.7nF,Rt接在振荡端和参考电压8脚处,4脚退耦电容C3取0.1uF。

让稳压电源更“稳”的独门绝技
 
[page]  
过流保护电路

用单片机和ADC0832来采样。采样电阻Rss=0.1Ω,用温度系数很小的绕线电阻,但不能直接采样Rss两端的电压,因为运放不能输入比电源电压大的信号,所以要设计恒降压电路,将Rss两端的电压同时减去一个常数,再进行差分放大,如图5。

让稳压电源更“稳”的独门绝技
 
恒压源用TL431准确稳定在一个固定的电压,设置两个恒压源压降一致。由于运放采用12V单电源供电,所以将电压降到6V以下才能工作;又因为输出最大电压为36V,设计的恒压源压降为19V,那么下面两个电阻可用同样阻值的精密可调来实现抽头在中间位置,则U=36—19=8V进行1/2分压得4V。当电流为2A时Rss上压降为0.2V,则到差放上的电压差为0.1V,放大15倍后再经恒压源压降,保证变化范围在0~5V后送给0832采样,同时通过0832的另外一个通道采样得输出电压值。经过单片机计算电流电压后判断是否超过2.5A的电流,如果是,再利用继电器断开负载并用蜂鸣器报警,然后等待恢复。延时数秒后再次尝试接通负载,这就实现了过流保护和恢复后自动启动的功能。同时把采样到的电流、电压显示在数码管上。系统还设计了键盘设置电压增减的功能,该芯片采用ZLG7290键盘显示芯片可以简化设计复杂度。

总结

开关电源是公认的高效电源变换电路,开关电源电路系统结合软硬件,线路简单,设计精巧。经研究设计证明,制作出的样品经测试后,有较好的稳压效果,能够达到设计指标。

相关阅读:

一种先进的关式交流稳压电源电路设计
技术解析:直流稳压电源的制作和管理
一款数控直流稳压电源电路设计

要采购开关么,点这里了解一下价格!
特别推荐
技术文章更多>>
技术白皮书下载更多>>
热门搜索
 

关闭

 

关闭