大电流直流稳压电源设计.doc

2013年全国大学生电子设计大赛设计报告大电流直流稳压电源设计2013年全国大学生电子设计大赛设计报告大电流直流稳压电源设计摘要许多电子爱好者们在DIY时，常常需要一个能输出大电流、性能优良的直流稳压电源，并且希望这个直流稳压电源还能够比较方便的根据自己的需要随时改变输出电压的大小。本文介绍一款采用LM2596制作的DC-DC稳压电源，这款DC-DC稳压电源的体积很小，但它能提供2A甚至最高达4A的输出电流以及0V至30V的正负电压，并且其性能指标非常好，完全可以满足电子爱好者们在DIY时的要求，下面就原理及实际制作等方面的一些问题做一个详细的介绍。关键词：大电流，直流稳压AbstractMany electronic enthusiasts in DIY, often need a large current output and excellent performance DC power supply, DC power supply and hope that this can also be more convenient according to their needs at any time to change the output voltage. This paper describes a use of a DC-DC LM2596 produced power supply, DC-DC power supply this volume is small, But it can provide up to 2A or 4A, the output current and the negative voltage of 0V to 30V, and its performance is very good, can DIY electronics enthusiasts to meet the requirements in the following on the theory and practical aspects of making some of the problems to do a detailed introduction.Keywords: Large current, DC voltage1.系统方案选择和论证方案一 MP1593单芯片控制方案二 LM2596单芯片控制方案三 LM2596并联输出和LM337 TIP147 C,E跟随2. 理论分析与参数计算2.1总体框图分析2.2 参数计算3.系统的电路设计与实现3.1系统硬件的基本组成部分3.2主要单元电路的设计3.3系统的软件设计4.系统测试4.1测试仪器4.2指标测试方法及测试数据5.结果分析6.总结参考文献附录1. 系统方案选择和论证方案一 MP1593单芯片控制输入电压Vin 从集成电路的pin 2 端进入，这时如果在pin 7( Enable) 端加高电平(+5V 左右)，则IC 被启动进入到工作状态。在时间Ton( 导通时间) 内，输入电压通过导通的MOS 管V1 从IC 的pin 3 端输出，加在电感L1 的左端，该电压经过L1与电容C5 组成的滤波电路向负载RL 供电，同时在电感L1 上储存了电能。在时间Toff( 关断时间) 内，MOS 管V1 处于关断状态，这时，在储能元件电感L1 上产生的自感电压为左负右正，因此加在二极管D1 上的电压是正向偏置电压，致使二极管导通，于是，电感L1 与二极管D1 及负载RL 形成了一个放电回路，电感L1 上储存的电能向负载RL 释放，以提供负载RL 所需的电能。优点：功耗小，精度高。缺点：稳定性差，效率低。方案二LM2596单芯片控制采用LM2596芯片单块控制，恒压20V供电，效率能达到89.3%,但是其输出电压不稳定，电流输出略低。虽然效率高但是易受温度影响。优点：效率高，电路简单。缺点：稳定性差。方案三 LM2596并联输出与LM337 TIP147 射极跟随其正电源部分采用LM2596芯片并联控制，设计由两块相同的电路模块组成，将其并联到一起共同作用，也是用20V恒压供电，效率达到89.4%，负电源部分采用LM337 LM324 TIP147 射极跟随组成，用-20V恒压供电，效率达到73.48%,但是输出电压稳定，输出电流高。优点：工作稳定、频响宽、输入电阻大和输出电阻小，带负载能力大等突出优点。缺点：电路复杂。结论：综合考虑，选用方案三实现题目要求更可行。2. 理论分析与参数计算2.1总体框图分析20V输入LM2596稳压模块LM2596稳压模块正电源输出-20V输入LM337稳压共C,E极跟随负电源输出2.2 参数计算反馈线要远离电感，电路中的粗线一定要短，最好用地线屏蔽，调节输出电压的电阻R1、R2要靠近LM2596的4脚。输出电压的计算可由下式给出：其中VREF=1.23V，为了确保输出稳定，R1选用标称阻值为1K，精度为的电阻。Cin-470F/50V,Cout-220F/35VR1-1K，1%D1-5A/40VIN5825L1-68HCFF-参照有关的应用信息。3.系统的电路设计与实现3.1主要单元电路的设计大电流直流稳压电源利用变阻器调节电源输出稳定电压的直流电源，包括正电源电路和负电源电路两个部分，在此用了稳压，电压跟随，调节，保护四个部分来完成。（1）稳压电路 稳压电路由两个LM2596并联输出正电源,LM337 TIP147输出负电源。LM2596和LM337均使用了内部热过载,包含过流保护、热关断和安全工作区补偿等完善的保护电路,使得电源可以省去保险丝等易损耗器件。稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化.（2）负电源电压跟随 电压跟随器起缓冲、隔离、提高带载能力的作用。共集电路是输入高阻抗，输出低阻抗，这就使得它在电路中可以起到阻抗匹配的作用，能够使得后一级的放大电路更好的工作。（3）调节电路 为适应不同应用场合的需要而将电压设置为可调，可调电阻选用精密可调电阻,保证输出电压的精确可调。,（4）保护电路因为线性电源发热量较大，所以本电源中加了足够的散热器。总的流程：正电源电路：20V直流电压稳压并联电路调压；负电源电路: -20V直流电压 稳压电路 跟随电路 调压。3.2主要单元电路的设计（1）测试电路及其布线（固定输出）CIN-470F/50VCOUT-220F/25VD1-5A/40VIN5825L1-68H，L38（2）纹波滤波电路4.系统测试4.1测试仪器测试使用的仪器如图所示序号仪器名称主要指标1直流可调稳压电源0V-30V2数字万用表3位半4.2指标测试方法及测试数据4.2.1 测试方法 接入负载（变阻箱）后接通电源，调节负载至组要阻值，用万用表测试输入电流，电压以及输出电流，电压，并计算系统效率，具体数值见测试数据。4.2.2 测试数据LM2596并联输出空载R= Vo=15V 20V的输入负载R()输入电压Vin(V)输入电流Iin(A)输出电压Vo(V)输出电流Io(A)效率n20200.614.860.71389.3%15200.814.8230.96589.4%10201.2214.7541.46688.6%5202.6714.803.11386.3%4.2203.114.7323.56984.8%3.5203.6214.494.1783.5%LM337 TIP147 射极跟随（运放-20V,5V供电）空载R= Vo=-15V 20V的输入负载R()输入电压Vin(V)输入电流Iin(A)输出电压Vo(V)输出电流Io(A)效率n20-200.75-14.660.7573.3%15-200.97-14.580.96772.67%10-201.59-14.641.59673.48%7-202.17-14.562.16472.60%5-203.28-14.413.22270.77%5.结果分析本系统能较好的完成基本部分和发挥部分，输出电压15V，均流效果好，误差在3.9%以内，工作状态稳定，过流以及短路保护准确，具有过热保护功能，转换效率达89.4%输出电压稳定，输出电流高6.总结大电流直流稳压电源其正电源部分利用LM2596并联制作的DC-DC稳压电源，负电源部分采用LM337 LM324 TIP147 射极跟随组成，这款DC-DC稳压电源能提供2A甚至最高达4A的输出电流以及0V至30V的正负电压，内置有多重保护电路。该电源可用给一般的电子小制作供电也,其输出电压连续可调