DC-DC开关电源设计

DC-DC开关电源设计

摘要开关稳压电源因为其具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、稳压范围宽等优点日益得到广泛的应用。目前，国内外开关稳压电源的发展的趋势是不断提高输出效率和输出功率。要提高输出的效率，必须提高电源的开关频率。这就对电路中其它器件的频率特性提出了更高的要求。并且现在的开关调节模块大多都已经集成化，使用方便，有很高的线性和负载调节特性，转换效率高负载调整率低而且输出纹波小，这里我用lm2596开关调节器实现降压，用STC89S52为核心电路控制ADC0809模数转换对输出电压电流的监测，将监测到的数据显示在液晶LCD1602上，有过流保护功能，监测电路使用的电源由降压后转换提供。

关键字开关稳压电源开关调节器ADC0809 STC89S52 LCD1602

一、设计要求和指标

要求

1.基本部分：

1.输出可调电压5—15V，输出电流不小于1.5A,接入负载能

长时间稳定工作；（15）

2.DC/DC 转换效率不低于70%；（5）

3.能够显示输出电压，电流，误差小于2%；（10）

4. U=12V、Io 在0.1~1A 范围内变化，负载调整率SI≤2%;(10)

5.输入电压24V，输出电压稳定12V，输出电流为1.5A 时输出纹波

小于200mv；（10）

2.发挥部分：

1.输出可调电压为3—18V，输出电流达到

2.5A 以上，接入

负载能长时间稳定工作,进一步扩展电源输出功率；（5）

2.能够显示输出电压，电流，误差小于0.5%；（10）

3.Uo=12V 、Io 在0.1~2.5A 范围内变化，负载调整SI ≤0.5%;(5)

4.输出电压稳定为12V，输出电流为2.5A 时，输出纹波小于50（10）

5.输出电流为2.5A 进一步提升DC/DC 转换效率，使不低于85（10）

6.具有输出过流保护功能，Io≥3.5A 时动作；且故障排除后够恢;(5)

7.其他；（5）

3、说明

（1）输入电压由直流稳压电源提供，逆变电源全部电路均由UI供电，不得再使用其他电源；

（2）负载调整率计算方法：Io=0.1A时输出电压为Uo1，Io=1A时输出电压Uo2，则负载调整率:

（3）注意作品制作工艺，留出电流、电压测试端口。

二、系统框图设计

三、电路设计方案选择

1.DC-DC模块

DC-DC模块式将输入的直流电压转换为另一直流电压，而设计要求是将24v转换为可调的稳压直流电压输出，就用到了DC降压型电路。

方案一：使用隔离式的PWM（脉宽调制）控制高频开关变压器。该电路电路结构简单，外围元件少。但是要用到变压器，体积大，负载调整率的，电源效率低。

方案二：使用集成的开关电压调节芯片lm2596-adj，LM2596开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性，该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz。负载调整率高，能够输出小于

37V的可调电压，使用方便，且体积小。

对比两个方案，电路使用方案二。

2.监测显示模块

方案一：使用数码管显示，数码管是由多个发光二极管封在在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。有共阴，共阳两种。

方案二：使用液晶显示屏lcd1602，1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。

比较两种方案将选用方案二，lcd1602操作简单，可以直接对1602的引脚直接操作。

3.电流电压采样模块

方案一：使用8位的adc0809多通道模拟量采集，逐次逼近型转换芯片。转换速度快，转换精度高。

方案二：使用8位的adc0804一路模拟量输入，操作简单，体积小，且方便电路的设计，但是该芯片只能一路模拟量输入。

综合两者的比较，本实验选用adc0809。

四、各个模块分析

1.电压转换模块

因为由单个lm2596组成的dc-dc转换电路最高能输出3A的驱动电流，所以这里设计使用两个一样的电路进行并联增大电路带动负载能力。

1.1主要元件介绍

LM2596开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。固定输出版本有3.3V、5V、12V，可调版本可以输出小于37V的各种电压。

该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz，与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。由于该器件只需4个外接元件，可以使用通用的标准电感，这更优化

了LM2596的使用，极大地简化了开关电源电路的设计。

该器件还有其他一些特点：在特定的输入电压和输出负载的条件下，输出电压的误差可以保证在±4%的范围内，振荡频率误差在±15%的范围内；可以用仅80μA 的待机电流， 实现外部断电；具有自我保护电路（一个两级降频限流保护和一个在异常情况下断电的过温完全保护电路）

1.2参数计算

1.2.1输出电压的计算（及R22和R4，R5的选择）

已知参数

V out=3~18V Vref=1.23v Vd=0.5v Vsat=1.16v F=150KHZ Vin=24V

选择精度为1%的1k 电阻R4，则R22根据公式)1(1

2R R V V REF OUT += 当vout=18v ，R22=13.634k 当vout=3v ，R22=1.439k

则去R22=20K,R5=1.5K,

1.2.2电感的选择

根据公式，代入相应数值求得，再对比电压调节器的电气特性 )s (1501000)(μ∙∙+-+∙--=∙v KHZ V V V V V V V V T E D SAT IN D OUT SAT OUT IN 选择电感值为47uh

1.2.3输入输出电容的选择

根据电压调节器芯片使用手册中调节器外围元件的选择方法，结合设计要求和指标电压转换模块，输入电容470uf/35v,输出电容