基于SEPIC变换器的开关电源电路设计

来源:网络整理 作者:2018年03月26日 14:19

开关电源具有体积小,重量轻、效率高、成本低等优点,因此开关电源在计算机、仪器仪表、工业设备、通信及家用电器等方面广泛应用。目前市售开关电源多为输出电压固定,调节范围小,可靠性不高等缺点,为此,采用SEPIC变换器设计开关电源,实现低压宽范围无极调压,控制电路简单,可用于无极调压且要求精度高的供电设备。

一、总体方案分析和设计

市电220V首先经过变压器降压后,通过整流、滤波转换为直流电。由于整流、滤波输出后的电压较高,首先进行直流电压的一次降压,然后供给升降压SEPIC变换器,采用电位器实现无极电压调节,通过模数转换芯片采集电压、电流并显示。另外,输出回路增加过流保护。系统整体设计方案框图如图1-1所示。

基于SEPIC变换器的开关电源电路设计

二、开关电源电路设计

(一)SEPIC转换器电路设计

SEPIC转换器又称为升降压转换器,是本开关电源的重要组成部分。选用XL6009开关升降压型DC-DC芯片,固定开关频率400KHZ。超宽输入电压5~32V,超宽输出电压1.25~30V,具有自动升降压功能,在工作范围内任意电压输出均可稳压任意电压输出,最大输出电流为4A。原理图如图2-1所示。

基于SEPIC变换器的开关电源电路设计

由图可知XL6009芯片5脚为反馈端,4脚为电压输入端,3脚为功率输出端,2脚为内部电压调节端,不用可悬空,1脚为接地端。输入端需并联电解电容以消除噪声。由于输入电压最高32V,考虑各种因素,选择35V,220uF的固态电容,并且再并联一个瓷片电容以进行高频去耦。若输出电压最大为30V,需保证有一定的裕量,故选择50V,220uF的固态电容,且再并联一个瓷片电容以配合。因电感器对输出纹波有直接影响,通过计算两个电感均选择47UH。输出电压可调主要是依靠反馈电阻R1,R2的比值,R2为可调电位器,R1为固定阻值电阻。通过调节R2即可调节输出电压,得到5~30V之间的任意宽范围电压。

(二)TLC2543A/D转换采集电路设计

A/D转换电路负责对开关电源输出回路进行电压、电流实时检测,及时将检测值送给主控芯片,再由主控芯片对回路进行相应的保护。A/D转换采集电路图如图2-2所示。由图2-2可知,TLC2543A/D转换芯片11路模拟输入端口外接所要检测的值,电源的正负极接一去耦电容,以减小输入芯片的电源纹波。转换芯片还需个基准电压才能进行正常的A/D转换,此部分可直接板载电压或也可用一精准的基准电压。虽然外围电路简单,但因是一片较为敏感的芯片,尤其在高速转换时,极易受到外界干扰使转换值不准确,这就要求其芯片底部尽可能不要有信号线或电源线接近。

基于SEPIC变换器的开关电源电路设计

(三)电压衰减电路设计

开关电源若输出可调电压5~30V,远远大于A/D转换芯片的模拟输入量,需对其进行降压才能输入给转换芯片,这就采用分压电路。电压衰减电路可分为运放负反馈衰减和分压衰减。通过对比发现分压衰减电路较简单,分压衰减即是通过两个电阻串联对电压进行比例分配。其分压电路如图2-3所示。

基于SEPIC变换器的开关电源电路设计

图2-3分压电路原理图

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