由LM324组成的开关电源设计方案

开关模式电源（Switch Mode Power Supply，简称SMPS），又称交换式电源、开关变换器，是一种高频化电能转换装置，是电源供应器的一种。其功能是将一个位准的电压，透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。开关电源的输入多半是交流电源（例如市电）或是直流电源，而输出多半是需要直流电源的设备，例如个人电脑，而开关电源就进行两者之间电压及电流的转换。本文介绍了由LM324组成的开关电源方案。

电路设计

常用的串联调整式稳压电源，由于调整管工作在放大状态，功耗大、效率低。特别在大功率电源时，设计更复杂。一般来说，调整管发热严重，需加装很大的散热器或其它散热装置。并且，大功率三极管放大倍数较低，当要求电源提供数十安培电流时，所需驱动电流就得几安培。因此，在制作大功率直流电源时，宜采用开关式稳压电源。因为开关电源的调整管工作在开关状态，效率高，功耗小，可省去庞大的散热装置，减小电源的体积。近年来，功率VMOS管常用作电源开关管，它是一种电压控制元件，几乎不需要驱动电流，电路设计较为方便。这里介绍的是采用一块四运放LM324做的开关电源，其输出电压在0-40V之间连续可调，输出电流可达30A。使用效果令人满意，原理框图如图1所示。

图1 开关电源原理框图

本电路包括基准电压电路、比较放大电路（脉宽调制器）、三角波发生电路、光电耦合电路、取样电路等部分组成。当基准电压确定后，比较放大器A3将取样电压Vf与基准电压Vz比较放大，得到一个按输出电压V0规律变化的直流电压信号V1加到脉宽调制器A4的同相输入端，三角波发生器所输出的三角波电压V2加到A4 的反相输人端，使A4输出脉宽受控于同相输入端的直流电压。在三角波上升后，当V1大于V2时，A4输出高电平，通过光耦合使开关管导通，当V1〈 V2时，A4输出低电平，开关管截止，在三角波下降后，当V1〈 V2时， 开关管又导通。不难理解，A4输出的脉冲宽度受控于V1，而频率只取决于三角波的频率。本电源的工作过程为：V0 上升， V1下降，A4脉冲变窄，V0下降;反之^V0下降， V上升，A4脉冲变宽，V0 上升。工作波形如图2所示（VD为续流二极管两端电压）。

图2 开关电源工作波形图

图3 开关电源实际电路图

实际电路如图3所示，比较器A1、电阻R1~ R7、电容C1和双向稳压管组成方波发生器，其振荡频率主要取决于C1、R2、R5、R6，f=1/2R2C1Cn（1 + 2/R6/R5），VD1用来稳定输出幅度。运放A2、R8、R9、R10组成积分器，它可将A1输出的方波转换成线性良好的三角波。运放A3、VD3、RP、R12、R13、R14、R15组成比较放大器。A4为脉宽调制器。VT2、VT3组成过流保护电路，当输出电流增大到一定值时，电阻R19上的压降使三极管VT2导通，从而使VT3导通，将加在光耦合上的脉冲信号接地，开关管截止，开关管得到保护。

小结

目前开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防监控，LED灯带，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域。
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