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DIY开关稳压电源【小贴士】:如何选择模式和控制?

发布时间:2015-10-19 责任编辑:echolady

【导读】对于电源设计工程师来说,亲手设计电源是能够带来成就感的事情。设计的过程要充分的调动电源知识,本文中则主要介绍DIY开关稳压电源的制作步骤,并验证开关稳压电源设计方案的可行性。

下面大家就随小编来看一看吧。

DC-DC主回路拓扑的方案选择

DC-DC变换有隔离和非隔离两种。输入输出隔离的方式虽然安全,但是由于隔离变压器的漏磁和损耗等会造成效率的降低,而本题没有要求输入输出隔离,所以选择非隔离方式,具体有以下几种方案。

方案一:串联开关电路形式。开关管V1受占空比为D的PWM波的控制,交替导通或截止,再经L和C滤波器在负载R上得到稳定直流输出电压Uo。该电路属于降压型电路,达不到要求的30--36V的输出电压。(见图1)

DIY开关稳压电源【小贴士】:如何选择模式和控制?
方案二:并联开关电路形式。并联开关电路原理与串联开关电路类似,但此电路为升压型电路,开关导通时电感储能,截止时电感能量输出。只要电感绕制合理,能达到要求的30--36V,且输出电压Uo呈现连续平滑的特性。(见图2)

方案三:串并联开关电路形式。实际上此电路是在串联开关电路后接入一个并联开关电路。用电感的储能特性来实现升降压,电路控制复杂。(见图3)

由于只考虑升压,故选择方案二。

控制方法的方案选择

方案一:采用单片机产生PWM波,控制开关的导通与截止。根据A/D后的反馈电压程控改变占空比,使输出电压稳定在设定值。负载电流在康铜丝上的取样经A/D后输入单片机,当该电压达到一定值时关闭开关管,形成过流保护。该方案主要由软件实现,控制算法比较复杂,速度慢,输出电压稳定性不好,若想实现自动恢复,实现起来比较复杂。

方案二:采用恒频脉宽调制控制器TL494,这个芯片可推挽或单端输出,工作频率为1--300KHz,输出电压可达40V,内有5V的电压基准,死区时间可以调整,输出级的拉灌电流可达200mA,驱动能力较强。芯片内部有两个误差比较器,一个电压比较器和一个电流比较器。电流比较器可用于过流保护,电压比较器可设置为闭环控制,调整速度快。

鉴于上面分析,选用方案二。

电流工作模式的方案选择

方案一:电流连续模式。电流连续工作状态,在下一周期到来时,电感中的电流还未减小到零,电容的电流能够得倒及时的补充,输出电流的峰值较小,输出纹波电压小。

方案二:电流断续模式。断续模式下,电感能量释放完时,下一周期尚未到来,电容能量得不到及时补充,二极管的峰值电流非常大,对开关管和二极管的要求就非常高,二极管的损耗非常大,而且由于电流是断续的,输出电流交流成分比较大,会增加输出电容上的损耗。由于对于相同功率的输出,断续工作模式的峰值电流要高很多,而且输出直流电压的纹波也会增加,损耗大。

鉴于上面分析,方案二为比较合适的选择。

提高效率的方案选择

影响效率的因素主要包括单片机及外围电路功耗,单片机及外围电路供电电路的效率和DC—DC变换器的效率。

本文全面细致的对开关稳压电源制作中方案与控制方法的选择进行了介绍,并且对多种方案进行全方位的比较,从而选出最优方案来完成设计,有兴趣的朋友可参考本文的指导来试着制定开关稳压电源的制作方案。

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