【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 相等的最大電流限制 ， LM2576 能夠經(jīng)受 連續(xù)輸出短路。 .二極管的反向電壓等級(jí)應(yīng)至少 倍的最大輸入電壓。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)負(fù)載輸出電流為 ， 最大輸出電壓為 V， 因此設(shè)計(jì)中 續(xù)流 二極管 選擇 INA5822。 ○ 3 電感 L1 的分析、計(jì)算與選擇 由 以下公式可 計(jì)算電感 （公式 2） E X T=（ Vin Vout） Vout/Vin x 106 / F[Hz] 計(jì)算出的 E X T 值 與相應(yīng)的匹配對(duì)電感值的選擇垂直軸數(shù) 如 圖 24 所示。這個(gè) E X T 常數(shù)是一個(gè) 能量處理能力和測(cè)量電感 都 取決于類型的核心 、 核心區(qū) 、 匝數(shù) 和占空比 。 圖 23 Vin OUTGNDFBON/OFFLM2576U2+1000uFC5+1000uFC6D31N5822150uHL1GNDVinFBconstant current powerON/OFF470R13R14Q08050 8 下一步是確定區(qū)域分割的電感 E X T 值和對(duì)負(fù)載電流最大值。從電感的電感值的代碼 及 識(shí)別。然后 從表 1 中 選擇一個(gè)合適的電感 。 電感的選擇必須額定的開關(guān) 52 kHz和 倍 負(fù)載電流的額定電流。 電感電流額定值可 計(jì)算電感的峰值電流： （公式 3） Ip（ max） =ILode（ max） +(VinVout)ton/2L Ton 為電源開關(guān)時(shí)間 ： （公式 4） Ton= Vout/ Vin 1/fosc Inductor Code Inductor Value The 39 Shott Corp Pulse Eng Renco L47 47 uH 77 212 671 26980 PE53112 RL2442 L68 68 uH 77 262 671 26990 PE92114 RL2443 L100 100 uH 77 312 671 27000 PE92108 RL2444 L150 150 uH 77 360 671 27010 PE53113 RL1954 L220 220 uH 77 408 671 27020 PE52626 RL1953 最后分析計(jì)算電路中取 150 uH 的工字形電感。 BUCK 電路輸出效率分析計(jì)算 輸出電流 A，電壓為 V，輸出功率 P = I U = = W 。電路中有電感、續(xù)流二極管、電容和 LM2576ADJ 造成 以發(fā)熱的形式為主的 功率損耗。 電路設(shè)計(jì)要求充電電源效率不得低于 70%。 圖 24 表 1 電感的電感值代碼 9 NTC 負(fù)溫度系數(shù)電阻 計(jì) 算 熱敏電阻的電阻－溫度特性可近似地用 公 式 5 表示。 (公 式 5) R=Ro exp {B(I/TI/To)} 表 2 熱敏電阻的電阻－溫度特性 但實(shí)際上，熱敏電阻的 B 值并非是恒定的，其變化大小因材料構(gòu)成而異，最大甚至可達(dá) 5 K/176。C。因此在較大的溫度范圍內(nèi)應(yīng)用 公 式 5 時(shí)， 將與實(shí)測(cè)值之間存在一定誤差。此處，若將 公 式 5 中的 B 值用 公 式 6 所示的作為溫度的函數(shù)計(jì)算時(shí)，則可降低與實(shí)測(cè)值之間的誤差，可認(rèn)為近似相等。 (公 式 6) BT=CT2+DT+E 上式中， C、 D、 E為常數(shù)。另外，因生產(chǎn)條件不同造成的 B值的波動(dòng)會(huì)引起常數(shù) E發(fā)生變化，但常數(shù) C、 D 不變。因此，在探討 B 值的波動(dòng)量時(shí)，只需考慮常數(shù) E即可。 常數(shù) C、 D、 E的計(jì)算 ： （ 公 式 7） ToTnRoRnInBn 11 )/(?? （ 公 式 8） )31)(32)(21( )21)(32()32)(21( TTTTTT TTBBTTBBC ??? ?????? （ 公 式 9） 21 )21)(21(21 TT TTTTCBBD ? ????? （ 公 式 10） 1111 TCTDTDE ???? 常數(shù) C、 D、 E 可由 圖 25 的 (溫度、電阻值 )數(shù)據(jù) (T0, R0). (T1, R1). (T2, R2) and (T3, R3)，通過式 7～ 10 計(jì)算。 首先由式 7 根據(jù) T0 和 T1,T2,T3 的電阻值求出 B1,B2,B3,然后代入以下各式 。 電阻值計(jì)算 實(shí) 例 ： 試根據(jù)電阻－溫度特性表，求 25176。C 時(shí)的電阻值為 5 (kΩ) ， B值偏差為 50(K)的熱敏電阻在 10176。C ～ 30176。C 的電阻值。 R 溫度 T(K)時(shí)的電阻值 Ro 溫度 T0(K)時(shí)的電阻值 B 溫度 T0(K)時(shí)的電阻值 *T(K)= t(186。C)+ 10 步驟 ： ○ 1 根據(jù)電阻－溫度特性表，求常數(shù) C、 D、 E。 To=25+ T1=10+ T2=20+ T3=30+ ○ 2 代入 BT=CT2+DT+E+50，求 BT。 ○ 3 將數(shù)值代入 R=5exp {(BTI/TI/)}，求 R。 *T = 10+～ 30+ 電阻－溫度特性圖如圖 25 所示 電阻溫度系數(shù) ： 所謂電阻溫度系數(shù) (α)，是指在 任意溫度下溫度變化 1176。C(K)時(shí)的零負(fù)載電阻變化率。電阻溫度系數(shù) (α)與 B 值的關(guān)系，可將式 11 微分得到。 （ 公 式 11） ℃）（α /%1 0 021 0 01 ?????? TBdTdRR 這里 α前的負(fù)號(hào) (－ )，表示當(dāng)溫度上升時(shí)零負(fù)載電阻降低。經(jīng)過時(shí)間與熱敏電阻溫度變化率的關(guān)系如下表所示。 表 3 熱敏電阻溫度變化率 t 12 1TT TT?? t % 2t % 3t % 4t % 5t % 圖 25 11 目錄記錄值為下列測(cè)定條件下的典型值 。 表 4 熱敏電阻 典型值 另外應(yīng)注意，散熱系數(shù)、熱響應(yīng)時(shí)間常數(shù)隨環(huán)境溫度、組裝條件而變化。 (1) 靜止空氣中環(huán)境溫度從 50 176。C 至 25 176。C 變化時(shí)，熱敏電阻的溫度變化至 176。C 所需時(shí)間。 (2) 軸向引腳、徑向引腳型在出廠狀態(tài)下測(cè)定。 12 3 電路工作原理 系統(tǒng)供電部分 系統(tǒng) BUCK 降壓電路輸入電壓為 10 V～ 25 V， STC12C5A60S2 單片機(jī)、LCD1602 液晶顯示等部分使用 5 V 電壓供電。 5 V 供電電源 產(chǎn)生 采用 LM7805 穩(wěn)壓芯片 ，系統(tǒng)中 LM7805 輸入電壓直接由 BUCK 輸入 電壓端輸入。 LM7805 是常用的三端穩(wěn)壓器，一般使用的是 TO220 封裝，能提供 5 V 的輸出電壓，內(nèi)含過流和過載保護(hù)電路。帶散熱 芯 片時(shí)能持續(xù)提供 1 A 的電流，如果使用外圍器件，它還能提 供不 同 的電壓和電流。 BUCK 降壓電路 BUCK 電路基本結(jié)構(gòu) 如下： 主要組成元件包括開關(guān) 元件、儲(chǔ)能元件、續(xù)流二極管。通過控制場(chǎng)效應(yīng)管的開通和關(guān)斷，在開通時(shí)輸入電源直接對(duì)負(fù)載供電，關(guān)斷后儲(chǔ)能元件中儲(chǔ)存電能對(duì)負(fù)載供電。 開關(guān)導(dǎo)通時(shí)等效電路 如圖 32 所示， 開關(guān)關(guān)斷時(shí)等效電路 如圖 33所示 。 ○ 1 從電路可以看出，電感 L 和電容 C 組成低通濾波器，使 us(t)的直流分量1 32V VGNDINOUTLM7805U1C2D11N4007GNDVin5V+5V Power+10uFC4圖 31 13 可以通過，而抑制 us(t) 的諧波分量通過；電容上輸出電壓 uo(t)就是 us(t) 的直流分量再附加微小紋波 ur(t)。 ○ 2 電路工作頻率高，一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電容充放電引起的紋波 ur(t) 很小，相對(duì)于電容上輸出的直流電壓 Uo 有： |ur（ t） |0 電容上電壓可以看作恒定 。 電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，輸出電容上電壓由微小的紋波和較大的直流分量組成，可以看作是恒定直流 。 ○ 3 一個(gè)周期內(nèi)電容充電電荷高于放電電荷時(shí)，電容電壓升高，導(dǎo)致后面周期內(nèi)充電電荷減小、放電電荷增加，使電容電壓上升速度減慢，這種過程的延續(xù)直至達(dá)到充 、 放電平衡，此時(shí)電壓維持不變；反之，如果一個(gè)周期內(nèi)放電電荷高于充電電荷，將導(dǎo)致后面周期內(nèi)充電電荷增加、放電電荷減小，使電容電壓下降速度減慢，這種過程的延續(xù)直至達(dá)到充 、 放電平衡，最終維持電壓不變。這種過程是電容上電壓調(diào)整的過渡過程，在電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，電路達(dá)到穩(wěn)定平衡，電容上充 、 放電也達(dá)到平衡，這是電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的一個(gè)普遍規(guī)律。 ○ 4 開關(guān) 開通 時(shí)，電感電流增加，電感儲(chǔ)能；而當(dāng)開關(guān) 關(guān)斷 時(shí)，電感電流減小，電感釋能。假定電流增加量大于電流減小量，則一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電感上磁鏈增量為： Δ =L（Δ t）〉 0 ； 此增量將產(chǎn)生一個(gè)平均感應(yīng)電勢(shì)： u=Δ /t〉 0 此電勢(shì)將減小電感電流的上升速度并同時(shí)降低電感電流的下降速度，最終將導(dǎo)致一個(gè)周期內(nèi)電感電流平均增量為零；一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電感上磁鏈增量小于零的狀況也一樣。這種在穩(wěn)態(tài)狀況下一個(gè)周期內(nèi)電感電流平均增量（磁鏈平均增量）為零的現(xiàn)象稱為：電感伏秒平衡。這也是電力電子電路穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的又一個(gè)普遍規(guī)律 。 系統(tǒng)設(shè) 計(jì)中選用 LM2576ADJ 集成芯片構(gòu)成 BUCK 電路。 穩(wěn)壓器LM2576ADJ 是單片集成電路的理想適合于開關(guān)穩(wěn)壓器的簡(jiǎn)單方便的設(shè)計(jì) Buck變換器 。使用 LM2576ADJ 集成芯片組成 BUCK 電路使 整個(gè)電路設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單，輸出電流電壓易于控制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中利用 LM2576ADJ FeedBack 引腳實(shí)現(xiàn)對(duì)恒定電流輸出的控制。 續(xù)流二極管 IN5822 具有正向電流大，反向電壓高等特點(diǎn) 。 IN5822 14 LM2576ADJ 引腳圖如圖 34： LM2576 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 35: 恒流控制 系統(tǒng)恒定電流 輸出控制原理： LM2576ADJ， FeedBack 引腳電壓為 ，通過運(yùn)放組成同相放大器和 該 引腳構(gòu)成反饋回路， 可 實(shí)現(xiàn)恒流輸出。運(yùn)算放大器同相端電壓為采樣電阻上 的 分壓，反相端反饋電阻采用可編程數(shù) 字 電位器。 數(shù)字電位器選擇 TPL0501（封裝為 SOT23）。 TPL0501 是一個(gè)單通道、具有 256 個(gè)雨刷器位置的線性電阻分布的數(shù)字電位器， 可被用作 3終端電位器或作為 2終端可變電阻器。 TPL0501 目前提供 100 kΩ的 端電阻。 TPL0501 使用三線 SPI 兼容的串行數(shù)據(jù)接 口。三個(gè)輸入接口：芯片選擇（ CS），數(shù)據(jù)時(shí)鐘（ SCLK），數(shù)據(jù)輸入（ DIN）。驅(qū)動(dòng)器 CS 為低電平 串行接口，時(shí)鐘數(shù)據(jù)同步到 SCLK 的上升沿移位寄存器。 再 將數(shù)據(jù)加載到移位寄存器，驅(qū)動(dòng) CS 高存到適當(dāng)?shù)碾娢黄骺刂?圖 34 圖 35 15 寄存器和禁用串行接口。把 CS 低在整個(gè)串行數(shù)據(jù)流，以避免數(shù)據(jù)損壞 。 TPL 阻值與對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)表 表 5 TPL 阻值與對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù) Step Binary 100kΩ RHW /RWL RHW( kΩ ) RWL( kΩ ) 0 0 1 1 2 10 3 11 4 100 5 101 6 110 7 111 8 1000 9 1001 10 1010 11 1011 12 1100 13 1101 14 1110 15 1111 16 10000 17 10001 18 10010 19 10011 20 10100 21 10101 22 10110 23 10111 24 11000 25 11001 26 11010 27 11011 28 11100 29 11101 30 11110 31 11111 32 100000 33 100001 34 100010 16 35 100011 36 100100 37 100101 38 100110 39 100111 40 101000 41 101001 42 101010 43 101011 44 101100 45 101101 46 101110 47 101111 48 110000 49 1100