各种开关电源电路图
一、使用LM2575的降压开关电源
LM2575是可以输出1A电流,1A时效率高达80%以上的降压开关电源芯片,开关工作频率是52KHz。它的内部结构如下图所示:
它内置了功率管和过流保护电路,在外部只需加少量的滤波元件即可构成一个开关电源模块。在实际电路的设计中,对原电路做了一些改动:
在这个电路中,高压输入端加了一个二极管,防止不慎接反电源引起电容爆炸和芯片损坏。
保险丝是1A,防止输入电压超过40V或电源板内部短路引起的大电流造成的危害。
在图中,保险丝接在3300uF电容的后端,防止加电时电容大电流充电烧断保险丝。
3300uF的电容起储能和电源滤波的作用,在电池组供电时主要起储能作用,电容接在高压端更利于储能,因为如果电源暂时断电,稳压电路前面的电压逐渐下降不会影响输出电压。如果使用全、半波整流的工频交流或者高频开关电源供电,应该在这个电容上再并联一个瓷片电容来吸收高频。
LM2575和第一级滤波电路是按照LM2575的datasheet说明里接的,在后面又加了第二级滤波以进一步减小纹波。
发光二极管D2作输出只是,另外在空载时,D2可以提供一个负载,使空载电压不至于偏离稳压值。
在机器人的应用中,LM2575把24~30V的电压降至9~12V,供传感器板和主控板使用。主控板带有线性稳压,所以本电路对输出电压的精确程度要求不是很高,所以在输出端又串接了一个肖特基二极管防止用户错把高压接到输出端。如果该电源板直接对单片机供电,这个二极管不能接,而且最好把电源部分集成到主控板上,防止连线不当造成的干扰。
所有电感用黑铁氧体磁芯自己绕制,不要用环电感(小于200mA的除外)。漆包线直径0.51mm。L1用磁罐,L2用磁环。
二、使用比较器的降压开关电源
使用滞回比较器作自激振荡的12V 1A开关稳压电源,是工控主板用5V 10A开关电源(项目被取消,未实际制作)的技术验证机。
比较器A接成滞回比较器作自激振荡,C1起加速作用。自激振荡开关稳压电源的原理可以参考《模拟电子线路》,科大版,刘同怀等著。但是这里添加了R4,C3作相位补偿,消除了接通电源瞬间输出端的过冲。C2和C4空着不用。
比较器B把L2(实际上是作为电阻使用)上的电压与R13上的电压作比较,去控制基准电压源,作电流限制和短路保护。
调整R1使电路带负载时工作在50KHz左右的开关频率上。
模块电源图片由simpw2.sch改出来的简化版(没有实际制作过)如下页图所示,用于替代传感器板发光管的供电。取消了电流限制电路,比较器换成了速度较高的LM311,从理论上来说工作频率能达到200KHz。滤波电感相应的减小,使用100uH的环电感(最大电流依照传感器的需要而定),RC相位补偿电路的时间常数也相应的减小。
调整R1使电路带负载时工作在200KHz左右的开关频率上,这时输出的纹波比较小。
如果把开关电源跟别的电路放在一块电路板上,布线时注意要把开关电源部分的元件放在一起,靠近电源引入接头,和精密元件保持一定距离,并且“一点接地”。以免开关电源的高频电流在公共地线上流动,干扰其他电路。
三、倍压整流式开关电源
这是12V升压到24V的倍压电路。集成定时器555产生方波,经场效应管功率放大后作倍压整流,由12V电源得到24V输出电压。倍压整流用的电容器要用低内阻的,以减少发热损耗。
场效应管栅极的二极管和330欧小电阻与场效应管本身的栅极电容构成延时电路,防止两管同时导通,这在电机驱动电路部分中有所介绍。这种使用二极管的延时电路要求前面的电路有陡直的方波输出和小的输出内阻,555可以满足这个要求,但是运放不行。
功放级后面是倍压整流电路,工作过程是这样的:当场效应管输出0V时,VIN过D3(上面那个二极管)对C2充电至12V;当场效应管输出12V时,这个12V叠加C2上的12V共24V对C3充电至24V。如此往复,
使C3上的电压恒定在24V(减去两个二极管的压降)。
当达到24V是,充电过程停止。如果负载耗电,充电过程将继续,进行补充。开关频率越高,补充越快。在工作频率较高时,可以在C3上并联一个瓷片电容吸收高频。
倍压电路稍作调整,就可以改成3倍压电路,负电源电压电路。
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