基于SEPIC变换器的开关电源电路设计 - 全文

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。

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。

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。

（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。

图2-3分压电路原理图

三、实验结果及分析

（一）开关电源输出电压、电流测量

改变SEPIC电路中R2，测量R2阻值，理论计算输出电压值，通过LCD12864观察实际显示电压、电流值，观察电源输出电压范围和电流，理论计算值与实际测量结果如表3-1所示。

由上表观察，设计的开关电源输出电压可在5V到30V范围内无极调压，输出电流最大值2A，误差在允许范围内。引起误差的原因较多，所用A/D转换芯片为12位精度，即每一个数字量对应0.0012V的模拟电压量，很小的波动都会引起显示数值波动。另外，由于电路中本来存在高噪声，大纹波，造成显示的电压值在一定误差范围内波动，这都属于正常现象。

四、结语

通过输出电压电流测量以及可靠性试验测试，设计的无极调压开关电源可以满足5V~30V的电压调节，输出最大电流2A，精度达到0.01，其出现误差都在允许范围内。本电路输出的电压电流都在理论设计允许范围内，达到了预期效果，实现了电源无极调压，为设备提供稳定、可靠的电源。