基于LM2576的多功能開關(guān)電源設(shè)計(jì)

引言

　　隨著電源技術(shù)的飛速發(fā)展，開關(guān)電源以其功耗小、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。目前開關(guān)電源也正在朝著集成化與多功能化的方向發(fā)展。本文以大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽為背景，介紹一種性價(jià)比高、功能較強(qiáng)的實(shí)用開關(guān)電源設(shè)計(jì)方案。

　　競(jìng)賽內(nèi)容為設(shè)計(jì)具有單路恒壓輸出功能的開關(guān)電源，輸出電壓范圍為0 ~ 15 V,步進(jìn)100 mV;輸出電流不小于1 A,紋波300 mV以下；調(diào)整過(guò)程用單片機(jī)完成，并提供數(shù)字顯示功能。

　　方案論證及設(shè)計(jì)

　　開關(guān)電源控制核心模塊，包括開關(guān)電源控制器和配套的必要外圍電路、反饋回路和繼電器切換電路。這一模塊的作用是完成開關(guān)電源最基本的功能，包括降壓、升壓和恒流等。其中開關(guān)電源控制器采用LM2576-ADJ,這是具有可調(diào)電壓輸出的開關(guān)電源控制芯片，內(nèi)置PWM控制電路和驅(qū)動(dòng)管，性價(jià)比高。此芯片最大輸入電壓為37V,輸出通過(guò)反饋電阻分壓，可在1.25V~ 35V范圍內(nèi)調(diào)整，輸出電流可以達(dá)到3A,滿足題目設(shè)計(jì)要求。反饋回路中進(jìn)行比較、差分放大的電路采用CMOS型集成運(yùn)放TLC2262,具有功耗低、精度高、滿幅輸出范圍大、線性度好等特點(diǎn)，適合在本設(shè)計(jì)電路中應(yīng)用。

　　單片機(jī)控制模塊，包括單片機(jī)和相應(yīng)的A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊、繼電器切換控制模塊，以及人機(jī)交互接口。這一模塊的作用是通過(guò)單片機(jī)輸出的D/A轉(zhuǎn)換信號(hào)和繼電器切換控制信號(hào)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器，又稱D/A轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱DAC，它是把數(shù)字量轉(zhuǎn)變成模擬的器件。D/A轉(zhuǎn)換器基本上由4個(gè)部分組成，即權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大器、基準(zhǔn)電源和模擬開關(guān)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器中一般都要用到數(shù)模轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱ADC。

　　輔助電源模塊完成從220V到系統(tǒng)所需各路電源的變壓、整流、降壓等工作。輔助電源模塊通過(guò)整流提供兩路直流輸出，一路給開關(guān)電源的核心模塊提供輸出所需的足夠能量，另一路由LM2576和LM1117穩(wěn)壓給單片機(jī)和其他控制模塊提供控制需要的較低壓直流電。

　　以上描述的總體設(shè)計(jì)原理見圖1。

　　圖1 系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)原理框圖

　　硬件電路設(shè)計(jì)

　　降壓型電路原理和設(shè)計(jì)

　　采用LM2576構(gòu)成的降壓電路如圖2所示，輸出電壓經(jīng)R1和R2分壓取樣后送到減法器的正輸入端，負(fù)端接VSET。VSET信號(hào)是單片機(jī)給出的電壓信號(hào)，輸出的取樣電壓減去D/A轉(zhuǎn)換電壓后得到誤差信號(hào)。再將誤差信號(hào)加上參考電壓（VREF）1.23V, 將此結(jié)果送到LM2576的反饋端。

　　圖2 降壓型（Buck）基本電路

　　相比于傳統(tǒng)的直接反饋，本設(shè)計(jì)中的反饋回路復(fù)雜度較高，這種設(shè)計(jì)主要是出于以下考慮：首先是便于單片機(jī)控制，只要改變D/A轉(zhuǎn)換輸出電壓，則反饋回路起作用，自動(dòng)將輸出取樣電壓向D/A轉(zhuǎn)換電壓靠近，完成電壓調(diào)整過(guò)程；其次，可以滿足設(shè)計(jì)要求中的零伏輸出。若單純用LM2576的反饋引腳，則手冊(cè)中給出的參考電路最低輸出只能達(dá)到1.25V,因此需要將反饋電壓“平移”一個(gè)VREF參考電壓的電平。

　　反饋電阻分壓得到的電壓還同時(shí)送到單片機(jī)的DAC,通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換和尺度換算，得到輸出電壓值，作為數(shù)字量顯示輸出到數(shù)碼管上。

　　升壓型電路原理和

　　升降壓電路的切換