一种多功能开关电源设计

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。最后是因为LM2576的反馈端是以1.23V为基准进行比较的：当反馈取样电压大于1.23V时,减小开关的占空比;大于1.23V时,增加占空比。一般的误差电压不会大于1V,因此需要将减法结果再向上"平移"一个VREF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。

升压型电路原理和

升降压电路的切换

升压型开关电源的原理

图3是升压型开关电源的原理图。由于存在电感,因此可以做到输出电压大于输入电压。开关管导通时,电流经电感→开关管→接地,二极管截止;开关管截止时,电流被截断,电感放出能量,这时电流经二极管给电容充电并给负载提供电流,实现了升压型电源。

图3 升压型电路原理图

LM2576在电路中所起的作用可以看作是PWM发生器和开关管的集成,因此,虽然LM2576通常用做降压电路,但具有改造成为升压电路的能力。

升降压电路的切换

升压电路和降压电路的连接方式不同,因此无法在同一电路中同时实现升降压。本文采取的办法是用小型继电器切换。通过受信号控制的切换,开关连接到不同的触点,完成电路连接形式的切换。

切换电路如图4所示,图中四个开关分属两个不同的继电器(双刀双掷)K4和K3,均受单片机控制。通过继电器触点切换,实现升压和降压作用。要说明的是,图 4中没有画出反馈回路。反馈既可以采用经典的取样电压直接反馈的办法,也可以采用前边说明的加入了减法器的改进反馈回路。在实际的电路设计中采用了带减法器的电路。

图4 电路升降压切换图示

恒流输出电路设计

在上述功能基础上,本设计进一步增加了恒流输出功能,如图5所示。将输出电流在分流器上的压降取出来,并加以放大,得到适当大小的直流电压信号。此信号一方面送到单片机进行A/D转换,一方面送到反馈回路减法器的输入,并与D/A转换输出电压比较。当输出电流增加时,放大器电压增加,通过减法器与参考电压比较后得到的反馈电压增加,LM2576减少开关信号的占空比,电感中储能减少,导致输出电流下降,完成反馈过程。

图5 实现恒流输出的电流-电压转换电路

作者：北京工业大学 电控学院 李磊 李勇 雷飞   来源：电子设计工程