基于LM2576的多功能开关电源设计

引言

　　随着电源技术的飞速发展，开关电源以其功耗小、体积小、重量轻等优点得到了广泛的应用。目前开关电源也正在朝着集成化与多功能化的方向发展。本文以大学生电子设计竞赛为背景，介绍一种性价比高、功能较强的实用开关电源设计方案。

　　竞赛内容为设计具有单路恒压输出功能的开关电源，输出电压范围为0 ~ 15 V,步进100 mV;输出电流不小于1 A,纹波300 mV以下；调整过程用单片机完成，并提供数字显示功能。

　　方案论证及设计

　　开关电源控制核心模块，包括开关电源控制器和配套的必要外围电路、反馈回路和继电器切换电路。这一模块的作用是完成开关电源最基本的功能，包括降压、升压和恒流等。其中开关电源控制器采用LM2576-ADJ,这是具有可调电压输出的开关电源控制芯片，内置PWM控制电路和驱动管，性价比高。此芯片最大输入电压为37V,输出通过反馈电阻分压，可在1.25V~ 35V范围内调整，输出电流可以达到3A,满足题目设计要求。反馈回路中进行比较、差分放大的电路采用CMOS型集成运放TLC2262,具有功耗低、精度高、满幅输出范围大、线性度好等特点，适合在本设计电路中应用。

　　单片机控制模块，包括单片机和相应的A/D、D/A转换模块、继电器切换控制模块，以及人机交互接口。这一模块的作用是通过单片机输出的D/A转换信号和继电器切换控制信号，数模转换器，又称D/A转换器，简称DAC，它是把数字量转变成模拟的器件。D/A转换器基本上由4个部分组成，即权电阻网络、运算放大器、基准电源和模拟开关。模数转换器中一般都要用到数模转换器，模数转换器即A/D转换器，简称ADC。

　　辅助电源模块完成从220V到系统所需各路电源的变压、整流、降压等工作。辅助电源模块通过整流提供两路直流输出，一路给开关电源的核心模块提供输出所需的足够能量，另一路由LM2576和LM1117稳压给单片机和其他控制模块提供控制需要的较低压直流电。

　　以上描述的总体设计原理见图1。

 

　　图1 系统的模块结构和设计原理框图

　　硬件电路设计

　　降压型电路原理和设计

　　采用LM2576构成的降压电路如图2所示，输出电压经R1和R2分压取样后送到减法器的正输入端，负端接VSET。VSET信号是单片机给出的电压信号，输出的取样电压减去D/A转换电压后得到误差信号。再将误差信号加上参考电压（VREF）1.23V, 将此结果送到LM2576的反馈端。

 

　　图2 降压型（Buck）基本电路

　　相比于传统的直接反馈，本设计中的反馈回路复杂度较高，这种设计主要是出于以下考虑：首先是便于单片机控制，只要改变D/A转换输出电压，则反馈回路起作用，自动将输出取样电压向D/A转换电压靠近，完成电压调整过程；其次，可以满足设计要求中的零伏输出。若单纯用LM2576的反馈引脚，则手册中给出的参考电路最低输出只能达到1.25V,因此需要将反馈电压“平移”一个VREF参考电压的电平。

　　反馈电阻分压得到的电压还同时送到单片机的DAC,通过D/A转换和尺度换算，得到输出电压值，作为数字量显示输出到数码管上。

　　升压型电路原理和

　　升降压电路的切换