基于LM2576的多功能开关电源设计

2020-08-13 16:26:00

随着电源技术的飞速发展,开关电源以其功耗小、体积小、重量轻等优点得到了广泛的应用。目前开关电源也正在朝着集成化与多功能化的方向发展。本文以大学生电子设计竞赛为背景,介绍一种性价比高、功能较强的实用开关电源设计方案。


  竞赛内容为设计具有单路恒压输出功能的开关电源,输出电压范围为0 ~ 15 V,步进100 mV;输出电流不小于1 A,纹波300 mV以下;调整过程用单片机完成,并提供数字显示功能。

  方案论证及设计

  开关电源控制核心模块,包括开关电源控制器和配套的必要外围电路、反馈回路和继电器切换电路。这一模块的作用是完成开关电源最基本的功能,包括降压、升压和恒流等。其中开关电源控制器采用LM2576-ADJ,这是具有可调电压输出的开关电源控制芯片,内置PWM控制电路和驱动管,性价比高。此芯片最大输入电压为37V,输出通过反馈电阻分压,可在1.25V~ 35V范围内调整,输出电流可以达到3A,满足题目设计要求。反馈回路中进行比较、差分放大的电路采用CMOS型集成运放TLC2262,具有功耗低、精度高、满幅输出范围大、线性度好等特点,适合在本设计电路中应用。
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  单片机控制模块,包括单片机和相应的A/D、D/A转换模块、继电器切换控制模块,以及人机交互接口。这一模块的作用是通过单片机输出的D/A转换信号和继电器切换控制信号,数模转换器,又称D/A转换器,简称DAC,它是把数字量转变成模拟的器件。D/A转换器基本上由4个部分组成,即权电阻网络、运算放大器、基准电源和模拟开关。模数转换器中一般都要用到数模转换器,模数转换器即A/D转换器,简称ADC。

  辅助电源模块完成从220V到系统所需各路电源的变压、整流、降压等工作。辅助电源模块通过整流提供两路直流输出,一路给开关电源的核心模块提供输出所需的足够能量,另一路由LM2576和LM1117稳压给单片机和其他控制模块提供控制需要的较低压直流电。

  以上描述的总体设计原理见图1。

 

  图1 系统的模块结构和设计原理框图

  硬件电路设计

  降压型电路原理和设计

  采用LM2576构成的降压电路如图2所示,输出电压经R1和R2分压取样后送到减法器的正输入端,负端接VSET。VSET信号是单片机给出的电压信号,输出的取样电压减去D/A转换电压后得到误差信号。再将误差信号加上参考电压(VREF)1.23V, 将此结果送到LM2576的反馈端。

 

  图2 降压型(Buck)基本电路

  相比于传统的直接反馈,本设计中的反馈回路复杂度较高,这种设计主要是出于以下考虑:首先是便于单片机控制,只要改变D/A转换输出电压,则反馈回路起作用,自动将输出取样电压向D/A转换电压靠近,完成电压调整过程;其次,可以满足设计要求中的零伏输出。若单纯用LM2576的反馈引脚,则手册中给出的参考电路最低输出只能达到1.25V,因此需要将反馈电压“平移”一个VREF参考电压的电平。

  反馈电阻分压得到的电压还同时送到单片机的DAC,通过D/A转换和尺度换算,得到输出电压值,作为数字量显示输出到数码管上。

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