基于LM2596的不間斷直流電源設(shè)計(jì)

摘 要： 設(shè)計(jì)的不間斷直流工作電源，采用開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器LM2596進(jìn)行DC?DC變換，能夠輸出3 A的驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)具有很好的負(fù)載調(diào)節(jié)特性。在主電源斷電時(shí)，電路通過繼電器自動(dòng)將蓄電池切入，給設(shè)備供電。在主電源正常時(shí)，以不同模式給蓄電池充電：當(dāng)電壓大于設(shè)定值時(shí)，恒壓充電；當(dāng)電壓低于設(shè)定值時(shí)，恒流充電。系統(tǒng)可以通過繼電器對(duì)電路進(jìn)行過流保護(hù)與欠壓保護(hù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整體性能穩(wěn)定，性價(jià)比較高。

關(guān)鍵詞： DC?DC； 不間斷電源； LM2596； 切換電路

中圖分類號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）17?0107?03

0 引 言

本設(shè)計(jì)為參加學(xué)院電子制作比賽而作。指標(biāo)要求：蓄電池為4.2 V，負(fù)載為5 V。為此利用開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器LM2596進(jìn)行DC?DC變換，具有驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，線性較好的特點(diǎn)。該不間斷直流電源的主要特點(diǎn)如下：主電源正常時(shí)，除可以給設(shè)備供電外，還可以以不同模式給蓄電池充電，當(dāng)電壓大于4.2 V時(shí)，切斷恒流充電電路，接通恒壓充電電路；當(dāng)電壓低于4.2 V時(shí)，保持恒流充電；恒壓充電由W117和運(yùn)放LM324構(gòu)成，具有輸出穩(wěn)定，波紋小等特點(diǎn)。恒流充電由大功率場(chǎng)管IRF640和運(yùn)放LM324組成，具有輸出電流精度高，紋波小，輸出電流受負(fù)載影響小等特點(diǎn)；若主電源斷電，則自動(dòng)將蓄電池切入，保持電源不間斷。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1 系統(tǒng)總體框圖

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，該不間斷直流電源具有：在無交流電源時(shí)，不間斷給設(shè)備供電；交流電源正常時(shí)，有恒壓充電和恒流充電兩種模式；綜合設(shè)計(jì)要求，形成系統(tǒng)框圖如圖1所示。

1.2 DC?DC變換器方案的選擇

采用開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器LM2596，能夠輸出3 A的驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性，可固定輸出3.3 V，5 V，12 V三種電壓， 也可實(shí)現(xiàn)在1.2～37 V之間的可調(diào)輸出。

該器件內(nèi)部集成頻率補(bǔ)償和固定頻率發(fā)生器，開關(guān)頻率為150 kHz，與低頻開關(guān)調(diào)節(jié)器相比較，可以使用更小規(guī)格的濾波元件。由于該器件只需4 個(gè)外接元件，可以使用通用的標(biāo)準(zhǔn)電感，這更簡(jiǎn)化了LM2596 的使用，極大地簡(jiǎn)化了開關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)。在特定的輸入電壓和輸出負(fù)載的條件下，輸出電壓的誤差可以保證在±4%的范圍內(nèi)，振蕩頻率誤差在±15%的范圍內(nèi)。可以用僅80 μA 的待機(jī)電流，實(shí)現(xiàn)外部斷電；具有自我保護(hù)電路（一個(gè)兩級(jí)降頻限流保護(hù)和一個(gè)在異常情況下斷電的過溫完全保護(hù)電路）。

DC?DC變換器電路如圖2所示。

1.3 恒壓充電電路設(shè)計(jì)

1.4 壓控恒流充電電路設(shè)計(jì)

1.5 直流升壓電路設(shè)計(jì)

設(shè)置直流升壓電路的目的是將4.2 V升壓為5 V。直流升壓器的電路如圖5所示，電路主要由新穎的DC?DC升壓變換集成電路組成。

LTC1872是一種超小型DC?DC直流變換集成電路，效率高達(dá)90%，低功耗狀態(tài)電流為270 μA，本電路實(shí)現(xiàn)輸入4.2 V直流電壓變換為輸出5 V、最大負(fù)載電流為1 A的直流電壓。該電路輸出電壓精度可為±4%。

1.6 電壓采樣電路設(shè)計(jì)

1.7 繼電器切換電路

切換電路采用繼電器控制，簡(jiǎn)潔易控，性價(jià)比高，電路如圖7所示。電網(wǎng)電壓正常時(shí)，繼電器吸合K1接通，K2斷開，由LM2596供電；當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí)，繼電器釋放K1斷開，K2閉合，由蓄電池供電。選用的繼電器型號(hào)為HRS2H?S?DC5V?N，線圈額定工作電壓為5 V，觸點(diǎn)最大耐壓值直流電壓為24 V，電流為3 A。

2 系統(tǒng)測(cè)試

3 結(jié) 語

本文不間斷直流電源的設(shè)計(jì)利用LM2596和W117等芯片，較成功地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求的功能，電路易于實(shí)現(xiàn)，測(cè)試結(jié)果表明電路性能較好，符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

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