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帶你了解不間斷直流開關(guān)電源設(shè)計(jì)

來源：東莞市成良智能科技發(fā)布時(shí)間：2019-07-25 點(diǎn)擊量：1195

設(shè)計(jì)的不間斷直流工作電源，采用開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器LM2596進(jìn)行DC-DC變換，能夠輸出3A的驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)具有很好的負(fù)載調(diào)節(jié)特性。在主開關(guān)電源斷電時(shí)，電路通過繼電器自動(dòng)將蓄電池切入，給設(shè)備供電。在主開關(guān)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)可以通過繼電器對(duì)電路進(jìn)行過流保護(hù)與欠壓保護(hù)。

直流開關(guān)電源之設(shè)計(jì)的指標(biāo)要求：
蓄電池為4.2 V,負(fù)載為5 V.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(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：主開關(guān)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)；若主開關(guān)電源斷電，則自動(dòng)將蓄電池切入，保持開關(guān)電源不間斷。

直流開關(guān)電源之系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
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(shí)，不間斷給設(shè)備供電；交流開關(guān)電源正常時(shí)，有恒壓充電和恒流充電兩種模式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(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(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(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溫完全保護(hù)電路）。

直流開關(guān)電源之恒壓充電電路設(shè)計(jì)
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。

直流開關(guān)電源之直流升壓電路設(shè)計(jì)
設(shè)置直流升壓電路的目的是將4.2 V升壓為5 V.電路主要由新穎的DC-DC升壓變換集成電路組成。
LTC1872是一種超小型DC-DC直流變換集成電路，效率高達(dá)90%,低功耗狀態(tài)電流為270 μA,本電路實(shí)現(xiàn)輸入4.2 V
直流電壓變換為輸出5 V、最大負(fù)載電流為1 A的直流電壓。該電路輸出電壓精度可為±4%.

直流開關(guān)電源之電壓采樣電路設(shè)計(jì)
電壓采樣電路，當(dāng)充電電壓U01 >4.2 V時(shí)，T1 導(dǎo)通，繼電器常閉觸點(diǎn)JM1 斷開，常開觸點(diǎn)JM2 接通恒壓充電電路
；當(dāng)充電電壓U01 < 4.2 V 時(shí)，T1 截止，繼電器常閉觸點(diǎn)JM1 接通，恒流充電電路工作，常開觸點(diǎn)JM2斷開，恒
壓充電電路不工作。

直流開關(guān)電源之繼電器切換電路
切換電路采用繼電器控制，簡(jiǎn)潔易控，性價(jià)比高。電網(wǎng)電壓正常時(shí)，繼電器吸合K1接通，K2斷開，由LM2596供電
；當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí)，繼電器釋放K1斷開，K2 閉合，由蓄電池供電。選用的繼電器型號(hào)為HRS2H-S-DC5V-N,線圈額定
工作電壓為5 V,觸點(diǎn)最大耐壓值直流電壓為24 V,電流為3 A.

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