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Sepic直流稳压器的设计

2018年02月28日 09:27 次阅读

  电子设备正常工作需要良好稳定的直流电源,现如今大部分外部供电电源是交流电,通常由火力发电、水力发电、核子发电及风力发电获得。所得交流电源通过直流稳压器转换为电子设备所需各类别直流电源,供其使用。当电网或负载变化时,直流稳压电源能保持稳定的输出电压,且纹波较小凹。稳压电源自半个多世纪发展以来,技术已日趋成熟,近20年来,集成开关电源沿两个方向发展;第一个方向是对开关电源的控制电路实现集成化。

        第二个方向是实现中、小功率开关电源单片集成化。市场上稳压电源产品种类繁多,且大都满足效率高、输出稳定、可靠性高等特性。大多数采用高频变压器,其成本相对高。该直流稳压器采用Sepic 和Buck 电路为主电路,辅助电源采用高频变压器,充分利用现代电力电子技术,在满足可靠性、稳定性前提下,宽范围输人交流电源时输出稳定的直流电压,且成本相对低,易于调试及维修。

  1、系统原理设计

  交流输入电压经过输入保护电路中的整流滤波产生的高压直流既作为辅助电源的输入电压,进而提供芯片工作电 压;又是DC-DC/DC-DC 变换 器 的输人电压,DC-DC/DC-DC变换器是进行功率变换的器件,是开关电源的核心口2,DC-DC/DC-DC 变换器输出电压经过反馈电路进行取样与设定参考电压比较,调节PWM 占空比的大小,进而调节输出电压,使其保持稳定。输出带有过压过流保护电路,当电压电流过大时关断PWM 信号,无电压输出。其系统原理框图如图1所示。

  Sepic直流稳压器的设计

  2、输入保护电路的设计

  输入保护部分主要有压敏电阻RV,热敏电阻RT,保险管,滤波线圈L0,和整流桥及滤波电容C16组成,压敏电阻RV 用于交流输入的过压保护,即浪涌吸收。滤波线圈LO 及电容CO 构成了EMI,滤除噪声干扰。选择整流桥器件时时,要考虑可承受足够的反向耐压,冲击电流要大于额定整流电流的7~10 倍。热敏电阻RT 是具有负温度特性(NTC)电阻,限制启动时C16 的充电电流峰值,启动过后,该电阻阻值会降到很小,其消耗的功率基本可忽略不计。其电路图如图2 所示。

  Sepic直流稳压器的设计

  3、辅助电源的设计

  所设计的Sepic 直流稳压器正常工作时,需要为PWM 控制芯片及隔离驱动提供两路独立电源。辅助电源采用单端反激式电路,其控制性芯片采用PI 公司的TOPSwitch II 系列,该器件各集种控制功能、保护功能及耐压700V 的功率开关MOSFET于一体,具有前沿消隐设计,自动重启动功能,低电磁干扰性(EMI),电压型控制方式与逐周期峰值电流限制等显著特点。考虑到PWM 控制芯片和隔离芯片工作时功率较低,选用TOP221Y,在宽范围输入电源电压下,其功率输出为7W,足以满足要求。辅助电源的电路图如图2所示,原理分析所下:

  交流电源通过全桥整流,电容滤波作为辅助电源的供电电源,CT1用于滤除干扰。在MOSFET 关断期间由于高频变压器漏感的存在其漏感电压很高,为保护变压器不受其损坏,在这里选择快恢复二极管VD1与瞬态抑制器TVS 组成钳位电路,用于吸收漏感电压,保护原理分析如下:当MOSFET 导通时,此时VD1两端电压为上正下负,VD1截止,钳位电路不工作; 当MOSFET 截止时,由于漏感存在,VD1两端电压变为上负下正,此时VD1导通,钳位保护电路工作,电压得到限制。反馈回路主要有光电耦合器PC817 与三端稳压器TL431及若干电阻、电容构成,线性光耦合器PC817 的电流传输比(CTR)范围为80%-160%,能较好地满足反馈回路的要求。电阻Rao.R3分压作为TL431基准电压,通过设定R3O、R4 的阻值可以得到所需输出电压的稳压值。GZ 作为TL431的频率补偿电容,可以提高TL431的瞬态频率响应。RSO 为PC817 的LED 限流电阻,起到限流保护的作用。反馈回路实现输出稳压的原理如下: 当输出电压发生波动,通过R3O、R43 分压得到的取样电压U10 使TL431的输出电压UK发生改变,进而控制PC817 的发光二极管(LED)的光照度,引起光敏三极管发射极电流成比例的变化,最后通过TOP221Y控制端电流变化来调节占空比发生与其相反的变化,达到稳定输出电压的目的,为电路提供稳定的辅助电源。

  4、主电路模块的设计

  直流斩波电路起到把一种直流电变化为另一种固定电压或可调电压的功能。应用领域可分为两类:一类是输出可变的直流电压;另一类是当电源电压或负裁变化时,都可以输出一个恒定的直流电压用。所设计的电源属于后者,其原理图如图3 所示:高压直流电压DCO 通过Sepic 电路可升降压的特点将变化的电压DCO( 183~425 V)稳定在DC1左右,并作为Buck 电路输入电压,设置合适的占空比得到输出电压DC2(24 V),斩波电路采用闭环反馈控制,交流供电电压或输出负载电阻变化时,稳压器输出电压都能保持稳定。两次DC-DC 变换都包括输入、输出滤波,电压纹波更小。功率管漏源极两端采用由无感电阻和电容组成的阻容吸收回路,吸收开关管的尖峰电压,起到保护功率管的作用。

  Sepic直流稳压器的设计

  5、PWM 控制电路设计

  PWM 控制电路与DC-DC/DC-DC 变换器的性能密切相关,因而PWM 控制电路的设计尤为重要问。在此PWM 控制芯片选用美国硅通用半导体公司(Silicon General)的SG3525,具有内设置有欠压锁定电路,软启动电路,基准电压源,误差放大器,输出限流,和关断电路,图腾柱式输出级,振荡器及可调节的死区等特点,广泛应用于开关电源的设计中。SG3525外围电路如图4所示,分析如下。

  Sepic直流稳压器的设计

  选择德州仪器公司(TI)生产的TI431的参考电压作为2脚基准电压,输出PWM 控制信号稳定度高。R4、C2 构成1、9脚之间的反馈补偿网路,反馈电压UFB加到1脚,与2脚基准电压U7 比较,调节占空比的大小。14、11脚两路输出并用一路输出,使得变换器占空比可调范围扩大一倍。CU 为加速电容,加快功率管开通。10脚为关断信号引脚,SD 为高电平时,关断脉冲输出。将3脚接地,减少干扰。

         6、光耦隔离驱动电路的设计

        该稳压器频率高达100 K,采用高速光耦6N137 与三极管组成光耦隔离驱动电路对PWM 信号快速响应。隔离驱动外围电路如图5 所示,6N137 光耦输人与输出反向,因此输出加一PNP 管,使信号G1/G2 跟随输入PWM 变化,C3是0.1UF的去耦电容,加在6N137 光耦合器的电源管脚旁。在选择电容类型时,选择高频特性好的电容如陶瓷电容或钽电容。6N137 光耦合器的第6 脚VO器,输出电路属于集电极开路电路,必须上拉一个电阻Rz;6N137 光耦合器的第2脚和第3脚之间是一个LED,必须串接一个限流电阻R34O。

Sepic直流稳压器的设计

  7、反馈回路及过压、过流保护电路的设计

  反馈电路由磁放大器隔离器与取样电阻R26.R31组成,、取样电压经过DCP010505B 隔离放大后得到电压UFB,一方面,此电压作为反馈电压加到SG3525 的1脚,与基准电压比较,决定输出占空比的大小,稳定输出电压;另作为过压保护电路的一方面加到误差放大器正向输入端,输入电压,过压保护电路采用跟随器与迟滞比较器构成,当输出电压大于设定门槛电压时,保护电路动作,发光二极管发亮,SD 为高电平,关断输出脉冲。过流保护电路由取样电阻、磁隔离放大器DCP、LM324 组成。取样电阻采用精密电阻,阻值比较小,磁隔离放大器采用DCP010512B,经过放大器将取样信号放大后,与基准电压比较,此后的保护动作与过压保护原理相同。

  8、实验

  该Sepic直流稳压器调试电路板分为辅助电源电路板、斩波主电路电路板,板子元件采用直插型,便于实验发现问题及时更换元件加以改正。并对其PWM 信号进行了测试并记录。

  9、结论

  Sepic 直流稳压器主电路是非隔离式设计,驱动信号可提供足够的驱动电流快速驱动MOSFET,且驱动电路结构简单可靠,该稳压器在满足输出电压可靠性、稳定性等要求下,体积、成本相对较小。

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7805是我们最常用到的稳压芯片了,他的使用方便,用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,他的输出...

发表于 2017-10-18 14:17 3048次阅读
7805稳压电源工作原理

凌力尔特推出 40VIN、2A µModule®...

LTM8063 采用纤巧型 BGA 封装。该封装尺寸比现有的同等产品小 75%。Silent Swi...

发表于 2017-10-13 14:49 3901次阅读
凌力尔特推出 40VIN、2A µModule®...

凌力尔特推出 µModule® 降压型稳压器 L...

LTM8065 接受高达 40V 的输入电压 (42V 绝对最大值),在带噪声的环境中可安全地从未稳...

发表于 2017-10-09 10:27 2743次阅读
凌力尔特推出 µModule® 降压型稳压器 L...

凌力尔特公司推出非隔离式负输出 µModule®...

LTM4651 设计为满足面向信息技术设备的 EN55022 Class B EMC 标准要求。宽电...

发表于 2017-09-20 10:00 2713次阅读
凌力尔特公司推出非隔离式负输出 µModule®...

美国VERIFLO公司是一家精密膜片和大宗气体阀,稳压器,液体和气体的控制和应用流量控制元件的领先制造商

发表于 2017-09-06 13:58 294次阅读
美国VERIFLO公司是一家精密膜片和大宗气体阀,稳压器,液体和气体的控制和应用流量控制元件的领先制造商

两种方法来减少PCB上转换器封装热量

设计高效和紧凑型 DC/DC 转换器的技巧由一群对转换设计所涉及之物理学和支持性数学知识有着深入了解...

发表于 2017-09-05 11:37 2999次阅读
两种方法来减少PCB上转换器封装热量

Allegro MicroSystems,LLC...

美国马萨诸塞州伍斯特市 – Allegro MicroSystems,LLC宣布推出一款全新的宽输入...

发表于 2017-08-30 10:14 451次阅读
Allegro MicroSystems,LLC...

具 9µA 静态电流的 2A、2MHz、 60V...

加利福尼亚州米尔皮塔斯 (MILPITAS, CA) 和马萨诸塞州诺伍德 (NORWOOD, MA)...

发表于 2017-08-22 14:33 383次阅读
具 9µA 静态电流的 2A、2MHz、 60V...

稳压器的作用原理_稳压器怎么安装_家用稳压器接线...

稳压器是使输出电压稳定的设备。稳压器由调压电路、控制电路、及伺服电机等组成。当输入电压或负载变化时,...

发表于 2017-08-18 16:35 5405次阅读
稳压器的作用原理_稳压器怎么安装_家用稳压器接线...

电压低怎么办?农村电压低怎么办?空调电压低怎么办...

电压低的原因很多,   1、低压线路比较长,线路电阻较大;   2、低压负荷比较大,线路压降比平...

发表于 2017-08-01 11:49 7837次阅读
电压低怎么办?农村电压低怎么办?空调电压低怎么办...

想和大家讨论下sepic电路波形

发表于 2017-07-31 17:06 589次阅读
想和大家讨论下sepic电路波形

凌晔科技 供应 TPS79333DBVR SOT23-5 TI/德州、超低噪声,高PSRR ,低压差线性SOT23稳压器

发表于 2017-07-28 14:22 450次阅读
凌晔科技 供应 TPS79333DBVR SOT23-5 TI/德州、超低噪声,高PSRR ,低压差线性SOT23稳压器

20V、20A 单片同步 Silent Swit...

加利福尼亚州米尔皮塔斯 (MILPITAS, CA) 和马萨诸塞州诺伍德 (NORWOOD, MA)...

发表于 2017-07-25 15:12 231次阅读
20V、20A 单片同步 Silent Swit...

sepic电路的最大升降压范围是多少?

发表于 2017-07-19 10:33 591次阅读
sepic电路的最大升降压范围是多少?

ME6222——400mA,最低输出电压0.8V,可调,高速LDO-微盟电子-斗石方案

发表于 2017-06-30 10:33 787次阅读
ME6222——400mA,最低输出电压0.8V,可调,高速LDO-微盟电子-斗石方案

采用紧凑型 4mm x 5mm QFN 封装的 ...

加利福尼亚州米尔皮塔斯 (MILPITAS, CA) 和马萨诸塞州诺伍德 (NORWOOD, MA)...

发表于 2017-06-27 17:06 253次阅读
采用紧凑型 4mm x 5mm QFN 封装的 ...

SD8910 一款输入电压:4.5V至21V,输出电流:2A,降压型同步整流稳压器IC

发表于 2017-06-22 15:26 567次阅读
SD8910 一款输入电压:4.5V至21V,输出电流:2A,降压型同步整流稳压器IC

750mA、42VIN 同步降压型 DC/DC ...

加利福尼亚州米尔皮塔斯 (MILPITAS, CA) 和马萨诸塞州诺伍德 (NORWOOD, MA)...

发表于 2017-06-20 14:14 239次阅读
750mA、42VIN 同步降压型 DC/DC ...

如何设计出高能效、高可靠性和高功率密度的同步降压...

设计一个可靠的同步降压稳压器,首先必须满足其动态性能指标如负载响应能力。而输出电感、电容的选择会直接...

发表于 2017-06-16 17:16 448次阅读
如何设计出高能效、高可靠性和高功率密度的同步降压...

处理一批线性稳压器,可单颗购买,内附清单!

发表于 2017-06-13 10:43 372次阅读
处理一批线性稳压器,可单颗购买,内附清单!

150V 同步降压型 DC/DC 控制器 免除了...

加利福尼亚州米尔皮塔斯 (MILPITAS, CA) 和马萨诸塞州诺伍德 (NORWOOD, MA)...

发表于 2017-06-09 16:53 343次阅读
150V 同步降压型 DC/DC 控制器 免除了...

设计电源电压稳压电路

发表于 2017-05-16 14:01 498次阅读
设计电源电压稳压电路

微型温差电池的无线传感器节点自供电系统设计

最大功率点跟踪(MPPT)是一种最大化利用发电器所产生电能的技术。本文通过一定的电气模块调节微型温差...

发表于 2017-04-24 14:11 379次阅读
微型温差电池的无线传感器节点自供电系统设计

我的LDO 出什么问题了?

热力学中常犯的一个错误就是选择和线性稳压器一样简易的装置。当设计上台面后,设计师通常会意识到自己的错...

发表于 2017-04-18 19:55 313次阅读
我的LDO 出什么问题了?

电源设计小技巧33:SEPIC 耦合电感回路电流...

在这篇《电源设计小贴士》中,我们继续《电源设计小贴士 #32-第 1 部分》的讨论,即如何确定 SE...

发表于 2017-04-18 17:47 235次阅读
电源设计小技巧33:SEPIC 耦合电感回路电流...

电源设计小技巧32:SEPIC 耦合电感回路电流...

Note:欲查看《电源设计小贴士》此前章节的内容,请点击下载 PDF合辑 (已收集1-10章和11-...

发表于 2017-04-18 17:46 200次阅读
电源设计小技巧32:SEPIC 耦合电感回路电流...

电源测试:电源设计的稳定性测量

此前,我已经发表了有关如何测试电源设计的三篇文章中的前两篇,即效率测量(第 1 篇)和噪声测量(第 ...

发表于 2017-04-18 17:07 203次阅读
电源测试:电源设计的稳定性测量

调节稳压器优化 DSP 功率预算

系统级节电与功率预算优化是许多应用的关键。例如,数据中心运营商努力控制能耗,便携式设备设计人员力图降...

发表于 2017-04-18 16:21 186次阅读
调节稳压器优化 DSP 功率预算

为 LED 供电的拓扑很多,需要选择理想的!

有很多拓扑都可用于为 LED 供电。您或许已经知道,在开始选择之前首先要明确设计要求,否则,您最后得...

发表于 2017-04-18 15:53 131次阅读
为 LED 供电的拓扑很多,需要选择理想的!

让 MSP430 功耗更低的秘诀 — 第 1 部...

没错,当您想到TI 一流微控制器 MSP430 时,低功耗是首先浮现在脑海的特性之一。毕竟,这是就 ...

发表于 2017-04-18 14:54 218次阅读
让 MSP430 功耗更低的秘诀 — 第 1 部...

让 MSP430 功耗更低的秘诀 — 第 2 部...

在上周的《让低功耗 MSP430 的功耗更低》一文中,我们探讨了特别有趣的 MSP430 属性:尽管...

发表于 2017-04-18 14:36 211次阅读
让 MSP430 功耗更低的秘诀 — 第 2 部...

低电压隔离电源,如何调节?

多年来我设计了很多隔离式电源。正如您可能猜想的那样,大部分这些电源往往都有 3.3V 或更高的输出电...

发表于 2017-04-18 14:11 341次阅读
低电压隔离电源,如何调节?

使用 LDO 实现轻负载状态下最低流耗

设计一个空负载时流耗仅有几微安的DC/DC转换器可以被看作是用打火机油为大排量汽车补充燃料 你也许能...

发表于 2017-04-18 13:25 297次阅读
使用 LDO 实现轻负载状态下最低流耗

纪念 SIMPLE SWITCHER 问世25周...

一切都从五寸盘开始。这应该能够使你对SIMPLE SWITCHER 器件在最大限度简化电源设计方面的...

发表于 2017-04-18 13:07 65次阅读
纪念 SIMPLE SWITCHER 问世25周...

如何同步单端初级电感转换器?

单端初级电感转换器(SEPIC)在降低或升高输入电压以维持稳定的输出电压方面功不可没。这在汽车应用或...

发表于 2017-04-18 12:47 177次阅读
如何同步单端初级电感转换器?

电源设计应用:如何采用分立组件打造的线性稳压器

有些应用需要宽松的输出调节功能以及不到20mA的电流。对这样的应用来说,采用分立组件打造的线性稳压器...

发表于 2017-04-18 12:01 188次阅读
电源设计应用:如何采用分立组件打造的线性稳压器

稳压器封装知识面面观

随着越来越多的功能被集成到工业和汽车电子系统中,更小的坚固耐用型封装变得更富吸引力。但为确保电子设计...

发表于 2017-04-18 11:37 290次阅读
稳压器封装知识面面观

SIMPLE SWITCHER稳压器终将展示强大...

在工业应用中,采用能够耐受恶劣环境和极端电气条件且坚固可靠的封装解决方案是非常重要的。随着集成电路的...

发表于 2017-04-18 10:05 103次阅读
SIMPLE SWITCHER稳压器终将展示强大...

低压降控制器,让一切从简开始

在亚洲生活和工作让我遇到了很多有趣的支持问题。例如,最近有人问我TI有没有针对低压降控制器的跨设备。...

发表于 2017-04-18 09:48 47次阅读
低压降控制器,让一切从简开始

对比规定限流与实际限流 到底有多大的分歧?

20多年来,德州仪器的SIMPLE SWITCHERLM257x和LM259x稳压器一直是直流(DC...

发表于 2017-04-18 09:39 152次阅读
对比规定限流与实际限流 到底有多大的分歧?

紧急求助,内置稳压器的PIC单片机IO口电压怎么回事

发表于 2017-03-17 21:06 1285次阅读
紧急求助,内置稳压器的PIC单片机IO口电压怎么回事