LM2596和W117芯片的不間斷直流電源設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)方案的指標(biāo)要求：

蓄電池為4.2V，負(fù)載為5V。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，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4.2V時，切斷恒流充電電路，接通恒壓充電電路；當(dāng)電壓低于4.2V時，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，不間斷給設(shè)備供電;交流電源正常時，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)動電流，同時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 個外接元件，可以使用通用的標(biāo)準(zhǔn)電感，這更簡化了LM2596的使用，極大地簡化了開關(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)?？梢杂脙H80 μA 的待機(jī)電流，實(shí)現(xiàn)外部斷電;具有自我保護(hù)電路(一個兩級降頻限流保護(hù)和一個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)

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,可見輸出電壓可通過調(diào)節(jié)電阻R2 中間抽頭來改變。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)100V，飽和漏極電流可達(dá)28 A,功耗約為150W。當(dāng)場效應(yīng)管工作于飽和區(qū)時，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，滿足：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。

1.5 直流升壓電路設(shè)計(jì)

設(shè)置直