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開關(guān)電源
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    基于SEPIC變換器的開關(guān)電源電路設(shè)計
  • 基于SEPIC變換器的開關(guān)電源電路設(shè)計
  •   發(fā)布日期: 2018-09-20  瀏覽次數(shù): 1,771

    開關(guān)電源具有體積小,重量輕、效率高、成本低等優(yōu)點,因此開關(guān)電源在計算機、儀器儀表、工業(yè)設(shè)備、通信及家用電器等方面廣泛應(yīng)用。目前市售開關(guān)電源多為輸出電壓固定,調(diào)節(jié)范圍小,可靠性不高等缺點,為此,采用SEPIC變換器設(shè)計開關(guān)電源,實現(xiàn)低壓寬范圍無極調(diào)壓,控制電路簡單,可用于無極調(diào)壓且要求精度高的供電設(shè)備。

    一、總體方案分析和設(shè)計

    市電220V首先經(jīng)過變壓器降壓后,通過整流、濾波轉(zhuǎn)換為直流電。由于整流、濾波輸出后的電壓較高,首先進行直流電壓的一次降壓,然后供給升降壓SEPIC變換器,采用電位器實現(xiàn)無極電壓調(diào)節(jié),通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片采集電壓、電流并顯示。另外,輸出回路增加過流保護。系統(tǒng)整體設(shè)計方案框圖如圖1-1所示。

    基于SEPIC變換器的開關(guān)電源電路設(shè)計

    二、開關(guān)電源電路設(shè)計

    (一)SEPIC轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計

    SEPIC轉(zhuǎn)換器又稱為升降壓轉(zhuǎn)換器,是本開關(guān)電源的重要組成部分。選用XL6009開關(guān)升降壓型DC-DC芯片,固定開關(guān)頻率400KHZ。超寬輸入電壓5~32V,超寬輸出電壓1.25~30V,具有自動升降壓功能,在工作范圍內(nèi)任意電壓輸出均可穩(wěn)壓任意電壓輸出,最大輸出電流為4A。原理圖如圖2-1所示。

    基于SEPIC變換器的開關(guān)電源電路設(shè)計

    由圖可知XL6009芯片5腳為反饋端,4腳為電壓輸入端,3腳為功率輸出端,2腳為內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)端,不用可懸空,1腳為接地端。輸入端需并聯(lián)電解電容以消除噪聲。由于輸入電壓最高32V,考慮各種因素,選擇35V,220uF的固態(tài)電容,并且再并聯(lián)一個瓷片電容以進行高頻去耦。若輸出電壓最大為30V,需保證有一定的裕量,故選擇50V,220uF的固態(tài)電容,且再并聯(lián)一個瓷片電容以配合。因電感器對輸出紋波有直接影響,通過計算兩個電感均選擇47UH。輸出電壓可調(diào)主要是依靠反饋電阻R1,R2的比值,R2為可調(diào)電位器,R1為固定阻值電阻。通過調(diào)節(jié)R2即可調(diào)節(jié)輸出電壓,得到5~30V之間的任意寬范圍電壓。

    (二)TLC2543A/D轉(zhuǎn)換采集電路設(shè)計

    A/D轉(zhuǎn)換電路負責(zé)對開關(guān)電源輸出回路進行電壓、電流實時檢測,及時將檢測值送給主控芯片,再由主控芯片對回路進行相應(yīng)的保護。A/D轉(zhuǎn)換采集電路圖如圖2-2所示。由圖2-2可知,TLC2543A/D轉(zhuǎn)換芯片11路模擬輸入端口外接所要檢測的值,電源的正負極接一去耦電容,以減小輸入芯片的電源紋波。轉(zhuǎn)換芯片還需個基準(zhǔn)電壓才能進行正常的A/D轉(zhuǎn)換,此部分可直接板載電壓或也可用一精準(zhǔn)的基準(zhǔn)電壓。雖然外圍電路簡單,但因是一片較為敏感的芯片,尤其在高速轉(zhuǎn)換時,極易受到外界干擾使轉(zhuǎn)換值不準(zhǔn)確,這就要求其芯片底部盡可能不要有信號線或電源線接近。

    基于SEPIC變換器的開關(guān)電源電路設(shè)計

    (三)電壓衰減電路設(shè)計

    開關(guān)電源若輸出可調(diào)電壓5~30V,遠遠大于A/D轉(zhuǎn)換芯片的模擬輸入量,需對其進行降壓才能輸入給轉(zhuǎn)換芯片,這就采用分壓電路。電壓衰減電路可分為運放負反饋衰減和分壓衰減。通過對比發(fā)現(xiàn)分壓衰減電路較簡單,分壓衰減即是通過兩個電阻串聯(lián)對電壓進行比例分配。其分壓電路如圖2-3所示。

    基于SEPIC變換器的開關(guān)電源電路設(shè)計

    圖2-3分壓電路原理圖

     

    三、實驗結(jié)果及分析

    (一)開關(guān)電源輸出電壓、電流測量

    改變SEPIC電路中R2,測量R2阻值,理論計算輸出電壓值,通過LCD12864觀察實際顯示電壓、電流值,觀察電源輸出電壓范圍和電流,理論計算值與實際測量結(jié)果如表3-1所示。

    基于SEPIC變換器的開關(guān)電源電路設(shè)計

    由上表觀察,設(shè)計的開關(guān)電源輸出電壓可在5V到30V范圍內(nèi)無極調(diào)壓,輸出電流最大值2A,誤差在允許范圍內(nèi)。引起誤差的原因較多,所用A/D轉(zhuǎn)換芯片為12位精度,即每一個數(shù)字量對應(yīng)0.0012V的模擬電壓量,很小的波動都會引起顯示數(shù)值波動。另外,由于電路中本來存在高噪聲,大紋波,造成顯示的電壓值在一定誤差范圍內(nèi)波動,這都屬于正?,F(xiàn)象。

    四、結(jié)語

    通過輸出電壓電流測量以及可靠性試驗測試,設(shè)計的無極調(diào)壓開關(guān)電源可以滿足5V~30V的電壓調(diào)節(jié),輸出最大電流2A,精度達到0.01,其出現(xiàn)誤差都在允許范圍內(nèi)。本電路輸出的電壓電流都在理論設(shè)計允許范圍內(nèi),達到了預(yù)期效果,實現(xiàn)了電源無極調(diào)壓,為設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠的電源。


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