基于LM2596的不間斷直流電源設(shè)計(jì)方案

來(lái)源：電子愛(ài)好者博客  作者：潘傳勇，丁國(guó)臣等2013年11月11日 13:47

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[導(dǎo)讀] 本文提出了一種基于LM2596 的不間斷直流電源設(shè)計(jì)方案。該方案中設(shè)計(jì)的不間斷直流工作電源，采用開(kāi)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。

關(guān)鍵詞：LM2596直流電源

　　在主電源斷電時(shí)，電路通過(guò)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。測(cè)試結(jié)果證明該系統(tǒng)可以通過(guò)繼電器對(duì)電路進(jìn)行過(guò)流保護(hù)與欠壓保護(hù)。

　　0 引言

　　該設(shè)計(jì)方案的指標(biāo)要求：

　　蓄電池為4.2 V，負(fù)載為5 V.為此利用開(kāi)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(wú)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(kāi)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(kāi)關(guān)頻率為150 kHz，與低頻開(kāi)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(kāi)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(guò)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)

　　恒壓充電電路如圖3所示，電路由運(yùn)放LM324和三端穩(wěn)壓器W117構(gòu)成。LM324連接成電壓跟隨器，其輸出電壓U1 = U- = U+ = UX，可見(jiàn)輸出電壓可通過(guò)調(diào)節(jié)電阻R2 中間抽頭來(lái)改變。由于運(yùn)放的存在，使輸出電壓的調(diào)整非常平穩(wěn)。

　　1.4 壓控恒流充電電路設(shè)計(jì)

　　電路原理如圖4所示。該恒流源電路由運(yùn)放LM324、場(chǎng)效應(yīng)管IRF640、采樣電阻R3、負(fù)載電阻RL 等組成。

　　電路采用大功率場(chǎng)效應(yīng)管IRF640 作為調(diào)整管，該管為N 溝道增強(qiáng)型MOS 管，該管工作電壓最高可達(dá)100 V，飽和漏極電流可達(dá)28 A，功耗約為150 W.當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管工作于飽和區(qū)時(shí)，漏極電流Id 近似為電壓Ugs 控制的電流。即當(dāng)Ud 為常數(shù)時(shí)，滿(mǎn)足：Id = f （Ugs） ，只要Ugs不變，Id 就不變。

　　在此電路中，R2 為康銅絲材料的取樣電阻（阻值隨溫度的變化小）。OP07作為電壓跟隨器，有U+ = U - = Us，由于柵極電流可忽略不計(jì)，因此Id = Is = I2 = Us R2 =U+ R2.正因?yàn)镮d = U+ R2，電路輸入電壓U+ 控制電流Id，即Id 不隨RL 的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)壓控恒流。圖4中參數(shù)充電電流為200 mA.若要改變充電電流，只需調(diào)整R2 即可。

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本文導(dǎo)航

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