【文章內(nèi)容簡介】 ，模塊 直流轉(zhuǎn)直流 的增幅已經(jīng)超出了一次電源。隨著半導(dǎo)體工藝 不斷的精細化 、封裝技術(shù)和高頻開關(guān)的 普及化 ，模塊 直流轉(zhuǎn)直流功率密度不斷增大，開關(guān)工作 效率 不斷提高 ， 用戶應(yīng)用更加便捷 。正是基于以上發(fā)展形勢設(shè)計了一款應(yīng)用廣泛、實用性較強的 基于 LM2596 的連續(xù)可調(diào)的開關(guān)電源 廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 2 設(shè)計方案比較論證 本文的設(shè)計要求是輸出 3—30V 連續(xù)可調(diào)電壓，可以選擇線性穩(wěn)壓器構(gòu)成線性電源，也可選擇開關(guān)電源元器件構(gòu)成開關(guān)電源，現(xiàn)就這兩種方案進行論證。 線性電源 線性電源主要包括 低頻變壓器 、 輸出電流 整流濾波器、 相應(yīng) 控制電路、 過熱過流保護電路等。線性電源 的工作流程大致為將交流電經(jīng)過變壓器降壓，再通過 整流濾波電路得到 直流電壓 （不穩(wěn)定），為了達到高穩(wěn)定、高精度的直流電壓，必須通過 反饋電壓調(diào)整輸出電壓，這種電源技術(shù)很成熟， 而且已經(jīng)達到相當(dāng)高程度的穩(wěn)定 ，波紋 系數(shù)大幅減小 ，而且 不會產(chǎn)生 開關(guān)電源 特有的干擾與噪音。但是它的不足之處體現(xiàn)在 變壓器 的龐大而笨重 ， 占據(jù)電路相當(dāng)大的位置，攜帶性不強， 濾波電容的體積和重量也相當(dāng)大， 這些都對電子產(chǎn)品小型化提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，而且電壓反饋電路是工作在線性狀態(tài)，調(diào)整管會損耗一小部分 壓降，在較大工作電流 工作 時， 調(diào)整管的功耗便于影響系統(tǒng)的整體指標(biāo) ， 主要是轉(zhuǎn)換效率大幅降低。 開關(guān)電源 開關(guān)電源主要包括輸入電網(wǎng)濾波器、輸入整流濾波器、變換器、輸出整流濾波器、控制電路、保護電路。它們的功能是： 輸入電網(wǎng)濾波器：減小各類電子產(chǎn)品的開斷、大自然雷擊、生活中的高頻等產(chǎn)生的干擾。 輸入整流濾波器：將從市電接入的電壓進行整流濾波，為變換器提供直流電壓。 變換器：把直流電壓變換成高頻交流電壓，并且隔離輸出部分與輸入電網(wǎng)的相關(guān)影響。 輸出整流濾波器：將通過變換器得到的高頻交流電壓變成需要的直流電壓，基于 LM2596可調(diào)開關(guān)電源的設(shè)計與制作 3 并減小高頻噪聲的干擾。 控制電路：對輸出直流電壓時刻進行檢測，并將其與基準(zhǔn)電壓比較，進行放大。調(diào)制振蕩器的脈沖寬度，這樣不斷的反饋查詢調(diào)節(jié)來穩(wěn)定輸出電壓。 保護電路：當(dāng)發(fā)生 過壓、過流短路時，保護電路開始工作，通過迫使開關(guān)電源停止工作達到保護負(fù)載和電源本身的目的。 開關(guān)電源的主要優(yōu)點： 實物輕巧、工作轉(zhuǎn)換效率高（一般為 60～ 70%，而線性電源只有 30～ 40%）、對外界干擾抵抗強、寬范圍的輸出電壓。 開關(guān)電源的主要缺點： 由于變換電路中不可避免的產(chǎn)生高頻電壓成分，對產(chǎn)品其他設(shè)備有一定的干擾，因此需要具有優(yōu)良的屏蔽功能，開關(guān)電源為了達到高速的道通與截止目的，主要是通過控制開關(guān)管的通斷來實現(xiàn)．將直流電轉(zhuǎn)化為高頻率的交流電提供給逆變器進行電壓轉(zhuǎn)換，從而提供用戶所設(shè)想的一組或多組電 壓，系統(tǒng)之所以要將其變換成高頻交流電，因為高頻交流能夠在變壓器變壓電路中達到特別高的效率，也因此開關(guān)變壓器可以做的很小，而且工作時不是很熱，成本也很低。 開關(guān)電源，是通過電子技術(shù)實現(xiàn)的，主要環(huán)節(jié)：整流成直流電 ——逆變成所需電壓的交流電（主要來調(diào)整電壓） ——再經(jīng)過整流成直流電壓輸出。 開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)中中間是不需要變壓器和散熱片，所以能夠做到體型輕巧。同時，開關(guān)電源是由小型化的電子元器件組成，決定了它擁有效率高、發(fā)熱小的優(yōu)勢。雖然具有電磁干擾等缺點，但隨著屏蔽技術(shù)不斷的發(fā)展提高，可以避免大部分的干擾。 廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 3 系統(tǒng) 原理及各單元模塊 系統(tǒng)設(shè)計框圖 如圖 所示所示為系統(tǒng)電路的工作框圖。 220V市電變壓器降壓橋式整流電路LM 2596降壓電路濾波電路 圖 主要原理是： 電源變壓器將交流電網(wǎng) 220V 的電壓降壓為所需的交流電壓，然后通過整流電路將交流電壓變成不太穩(wěn)定的直流電，再通過濾波電路濾除大的不穩(wěn)定電壓，得到平滑的直流電壓。但我們所接入的市電并不理想，所以經(jīng)過整流濾波之后的直流電還會有小的波動（一般也就 177。 10%左右的波動）。最后經(jīng) LM2596 的電路，通過調(diào)節(jié)精密可調(diào)電阻達到 連續(xù)可調(diào)的輸出電壓。 基于 LM2596可調(diào)開關(guān)電源的設(shè)計與制作 5 各單元電路的設(shè)計 變壓器降壓 確定副邊電壓 U2 根據(jù)性能指標(biāo)要求： maiU0 =3V max0U =30V 又 ∵ m in00 m a xi )(UU UU i ?? m a x00 )( UUU iini ??? 其中： VUUVUU iini 40)(,3)( m a x0m i n0 ???? ∴ 12V≤Ui ≤43V 此范圍中可任選 ： iU =24V= 01U 根據(jù) 01U =(～ ) 2U 可得變壓的副邊電壓： U2=28V 確 定變壓器副邊電流 2I ∵ 001 II ? 又副邊電流 2I =(～ 2) 01I 取 0I = max0I =800mA 則 2I =＊ = 選擇變壓器的功率 變壓器的輸出功率： 0P 22UI = 因此選擇變壓器實物圖如圖 。 廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 圖 本系統(tǒng)所采用的變壓器 橋式整流電路 流電路常采用二極管單相全波整流電路，電路如圖 1— 3 所示。在 u2 的正半周內(nèi)，二極管 D D3 導(dǎo)通， DD4 截止； u2 的負(fù)半周內(nèi)， D D4 導(dǎo)通， D D3 截止。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過的負(fù)載電阻 RL，且方向是一致的。在橋式整流電路中， 橋式整流輸出脈動電壓平均值為： 2 2 2 2001 1 2 22 0 9 02OoU u t d t U td t U U| ( ) | s i n .?? ? ? ?? ? ?? ? ? ??? 通過每只二極管的平均電流為： 20 452 OOLLU UI RR.?? 每只二極管承受的最大反向電壓為： 22RMUU? ∵ 變壓器的副邊電壓 2U =24V ∴ 橋式整流電路中的二極管承受的最高反向電壓為： VUUBR 342 2 ?? 橋式整流電路中二極管承受的最高平均電流為： 查手冊選整流二極管 IN4007，其參數(shù)為：反向擊穿電壓 BRU =50V34V 最大整流電流 FI =1A 本系統(tǒng)采用橋式整流電橋，其與變壓器連接示意圖 電路和輸出波形如圖 和 所示。 基于 LM2596可調(diào)開關(guān)電源的設(shè)計與制作 7 圖 橋式整流電路 圖 橋式整流電路前后波形 濾波電路 濾波電路目的 經(jīng)過整流后的直流電幅值變化很大 ， 會影響電路的工作性能?？衫秒娙莸?“通交流 ， 隔直流 ”的特性 ， 在電路中并 入 電容作為電容濾波器 ， 濾去其中的交流成分。 電容濾波原理 電容濾波電路是最常見也是最簡單的濾波電路 ， 在整流電路的輸出端 (即負(fù)載電阻兩端 )并聯(lián)一個電容即構(gòu)成電容濾波電路。濾波電容容量較大 ， 因此一般均采用電解電廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 容 ， 在接線時要注意電解電容的正負(fù)極。電容濾波電路利用電容的充、放電作用 ， 使輸出電壓趨于平滑。 在理想情況下 ， 變壓器副邊無損耗 ， 二極管導(dǎo)通電壓為零 ， 所以電容兩端電壓相等 。 而當(dāng)其上升到峰值后開始下降 ， 電容便通過負(fù)載電阻放電 ， 其電壓也開始下降 ，趨勢與電容兩端電壓基本相同。但是由于電容按指數(shù)規(guī)律放電 ， 所以當(dāng)其下降到一定數(shù)值后 ， 電容將繼續(xù)通過負(fù)載放電 ， 電容兩端電壓按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。 總之 ， 在電容充電時 ， 回路電阻為整流電路的內(nèi)阻 ， 即變壓器電阻和二極管的導(dǎo)通電阻 ， 其數(shù)值很小 ， 因而時間常數(shù)很小。電容放電時 ， 回路電阻 為 RL， 放電時間常數(shù) RLC 通常遠大于充電的時間常數(shù)。因此濾波效果取決于放電時間。電容愈大 ， 負(fù)載電阻愈大 ， 濾波后輸出電壓愈平滑 ， 并且其平均值愈大。換言之 ， 當(dāng)濾波電容容量一定時 ， 若負(fù)載電阻減小 (即負(fù)載電流增大 )， 則時間常數(shù) RLC 減小 ， 放電速度加快 ， 輸出電壓平均值即下降 ， 且脈動變大。輸出電壓的平均值 UO(AV)與放電時間常數(shù) RLC 有關(guān)。 RLC 越大 ， 電容器放電速度越慢 ， 則輸出電壓所包含的紋波成分越小 ，UO(AV)越大 。 為獲得平滑的輸出電壓 ， 一般取放電時間常數(shù)為 : τd=RLC≥(3～ 5)T/2 式中 :T 為交流電的周期 ， 在濾波電路放電時間常數(shù)滿足上式的關(guān)系時 ， 可用下式對輸出電壓的平均值約為電容兩端電壓的 倍。濾波電路輸出電 壓波形 難于用解析式來描述 ， 近似估算時 ， 其波形近似為鋸齒波 ， 此時脈動系數(shù) S 可按下式近似估算 ,其中T 為電網(wǎng)電壓的周期。 當(dāng)濾波電容選定后 ， 輸出電壓平均值 U0 和輸 出 電流平均值 I0 的關(guān)系稱為輸出特性 ，脈動系數(shù) S 和輸出電流平均值 I0 的關(guān)系稱為濾波