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LM2576Buckֱ电路

2012-12-20 4页 pdf 1MB 32阅读

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LM2576Buckֱ电路 徐丽萍 !高级工程师 关键词! "#$%&’() "#$%· 开关模式· 直流变换器· 储能电感· 电气控制 & !"#$%&’$ ()*%&)" !"### ·冶金电气·*+,+ 年第 *- 卷第 . 期 基于 /0*123 的 4567型直流变换器设计 ! ! 分析了 "#$% 直流变换器电路模型的基本工作原理, 详细阐述了基于 &’()*+ 芯片实现的 "#$% 型直流变换器 电路原理及电路中每一个元器件参数的设计过程,给出了 实际设计方案,并提出了设计方案实际实施过程中的注意 事项。 徐丽萍 !...
LM2576Buckֱ电路
徐丽萍 !高级工程师 关键词! "#$%&’() "#$%· 开关模式· 直流变换器· 储能电感· 电气控制 & !"#$%&’$ ()*%&)" !"### ·冶金电气·*+,+ 年第 *- 卷第 . 期 基于 /0*123 的 4567型直流变换器设计 ! ! 分析了 "#$% 直流变换器电路模型的基本工作原理, 详细阐述了基于 &’()*+ 芯片实现的 "#$% 型直流变换器 电路原理及电路中每一个元器件参数的设计过程,给出了 实际设计,并提出了设计方案实际实施过程中的注意 事项。 徐丽萍 !南京工业职业技术学院电气与自动化系 李党婴 !南京普天通信股份有限公司 4567直流变换器基本工作原理 "#$% 变换器是开关变换 模 式 ’( ) ’(降压变换器,它的电路模型如 图 * 所示,图中开关管 +*、储能电感 !、滤波电容 "* 和续流二极管 +’, 构 成了 "#$%的基本拓扑结构,取样电阻 网络 #* 和 #,、标准参考电压 *- ,. +、 误差比较器、自由振荡电路和门控电路 构成开关管的控制电路。电路的基本工 作原理:取样电阻网络跟踪输出电压变 化,误差放大器将输出电压变化量与标 准电压进行比较从而产生门控信号,如 果输出电压小于正常值,控制信号变为 高电平将门合上,振荡脉冲就可以控制 开关管的导通和截止,反之则使开关管 不工作,输入信号与输出信号断开。这 个过程分成两个阶段,第一个阶段是开 关管 +* 导通时,电感 ! 被充磁,电感 中的电流线性增加,电能转换为磁能存 储在电感的磁通中;第二个阶段是开关 管 +* 关断时,由于电感中的电流不能 突变,!通过 +’, 续流,电感中存储的 一部分能量向负载释放,同时电感中的 电流线性减小。当 +* 再次导通时, +’, 迅速关断,电流又从输入电源和开 关管 +* 流过。通过上述两个阶段的交 替连续,电路就完成了把直流输入电压 $/0转换成直流输出电压 $123的功能。 一般 $123(%$/0,式中,% 4 &56 !( &56 7 &588),为开关管接通时间占空比,当直 流输入电压 $/0不变时,通过控制电路改 变占空比 %,即可保持直流输出电压 $123 的恒定;%值小于 *,故 $123小于 $/0,为 降压变换器。 图 ,8 "#$%变换器电路模型 芯片 /0*123 构成的 4567 型直流变 换器电路分析 9 9 由芯片 :;,.<= 构成的 "#$% 型直流 变换器电路如图 , 所示。电路简单,外围 元器件少,只需要一个电感、两个电容和 一个肖特基二极管就能构成一个输入 < > ?@ + 到输出 .+ ! AB 的 "#$% 型直流变 换器。 图 *8 &’*123 构成的 "#$%型直流变换器电路图 :;,.<= 系列是典型的 "#$%降压型开 关稳压器,其内部框图如图 A 所示,可以 看到它将 "#$%变换器模型电路的开关管、 取样电阻网络、标准参考电压、高增益比 较器、振荡器、门控电路以及一些过热过 基于!"#$%& 的’()* 型直流变换器设计 !"#$%&’$ ()*%&)" ! 电气控制 !!!" "#$"" %&’" %( )*+* 年 ) 月下·冶金电气· !"### 流保护电路均集成在芯片中。 图 ,- !")./0 内部框图 #$%&’( 具有非常优良的电压调整率和负载调 整率,能够提供 ) *的负载电流。有 )" ) +、& +、 ,% +固定输出电压型和可调输出电压,内置频率 补偿电路和固定频率振荡器。开关频率为 &%-./, 在额定输入电压和输出负载的条件下,输出电压 容差为 0 12,振荡频率的容差为 0 ,&2。待机电 流为 34 !*(典型值),内置两级过流保护电路和 过热保护电路,最大输入电压为 1& + 或 () + (#$%&’(.+),工作温度为 5 14 6 7 8 ,%& 6, 转换效率为 ’&2 7332(不同电压输出时的效率 不同)。 #$%&’( 以 &% -./ 固定频率打开和关断 9:9 开关管,当开关管打开时电感器储能,一般电感 器足够大不会饱和,电流以线性方式上升。当 9:9开关管关断时,电感器产生反向感应电压, 电流通过续流二极管向负载释放储存的能量。输 出电压由释放的能量决定,而能量可以通过电感 器的峰值电流来控制。当输出电压变化时,导致 反馈电压也发生变化,这种变化通过与基准电压 ," %) +比较放大后,再与电感器 ! 的电流相对的 电压进行比较,当两个电压相等时,关断 9:9 开 关管以控制电感器的峰值电流,从而得到稳定连 续的输出电压。 #$%&’( 有 & 个引脚,分别是:, 脚(+;9): 正电源输入端,为减小输入瞬态电压和给调节器 提供开关电流,此管脚应接旁路电容;% 脚 (<=>?=>):开关管输出端;) 脚(@9A):电路地 端;1 脚( BCCDEFG-):反 馈 端; & 脚( <9 H
。二极管的额定电流值应大于最大负载电 流的 ", % 倍,考虑到负载短路的情况,二极管的 额定电流值应大于 #$%&’( 的最大电流限制,二 极管的反向电压应大于最大输入电压的 ", %& 倍。 开关模式直流变换器有两种基本的工作方式: 连续型和非连续型,两者之间的区别在于流过电 感的电流的不同,即电感电流若是连续的为连续 型;电感电流在一个开关周期内降到 ) 为非连续 型。当负载电流很小时,在设计中可采用非连续 模式。#$%&’( 既可以用于连续型也可以用于非连 续型[%]。一般连续工作方式具有好的工作特性, 能提供较大的输出功率、较小的峰峰值电流和较 低的纹波电压。电感的选择要根据 #$%&’( 的输 出电压、最大输入电压和最大负载电流等参数选 择,电感值的选择如图 ’ 所示。 图 (’ 电感值的选择 图 ’ 所示的电感值是假设在满载时电感的纹 波电流为其平均电流的 %)- . /)-的条件下得到 的,开关电流的峰值越大则输出电压的纹波也越 大,因此为了减小输出电压的纹波可以适当提高 电感值。 实际 )*+,直流变换器设计举例 设计要求:!012 3 & 4,!56789 3 "% 4,"#0:;789 3 / :。 (")电感的确定 由图 ’ 可见,电压为 "% 4的水平线和电流为 / :的垂直线交叉区域所对应的电感值为")) !<, 代号为 #")),因此电感取 ")) !<。 (%)输出电容的确定 输出电压 & 4时,则电容耐压至少应为’, & 4 或更高。但即使在低等效电阻下%%) != > ") 4的铝 电解电容也会产生大约 %%& 7" 的等效阻抗,这 么大的等效电阻会在输出端产生相对高的输出纹 波电压。要把纹波电压降到输出电压的 "-或更 低,就需要选择一个耐压(低等效电阻的)更高 或容值更高的电容。一个 "( 4 或 %& 4 的电容几 乎可以把纹波电压降到原来的一半,这里选择 (?) != > "( 4的铝电解电容。 (/)续流二极管的选择 在这个例子中,& : > %) 4 的肖特基二极管 56&?%/ 可以产生很好的效果,而且在输出短路的 情况下也不会过载。 (@)输入电容的选择 输入耐压和电流均方根是输入电容的重要参 数,如果输入电压是 "%4,那么铝电解电容的耐 压要大于 "? 4(", & A !56),下一个更高的电容耐 压值为 %& 4。在调节器中输入电容的电流均方根 大约是直流负载电流的一半,在本例中负载电流 为 / :,那么输入电容电流均方根至少为", & :, 利用图 @ 所示的曲线图可以选择合适的电容,在 曲线图中,/& 4的电压线所对应的电流均方根值 大于 ", &) :的电容为 (?) !=,因此 #56选择 (?) != > /& 4。对于选择直插元件的设计,(?) != > /& 4 的电解电容就足够了,只要满足均方根纹波电流的 (下转第 &/ 页) 煤矿高压防爆开关漏电保护的研究 !"#$%&’$ ()*#%+ ! 电气安全 !!!" "#$"" %&’" %( )*+* 年 ) 月下·冶金电气· !"### 个电网对地电容的一半来整定,每个电网都进行 # $!、% $!、&’’ !和 ’ !的接地实验。通过实验发 现,按照本文所述分类的漏电保护进行实验无论高 阻还是低阻接地都能正确地切除故障。 结束语 已有几十台利用本文所提分类漏电保护原理 设计的高压防爆开关综合保护装置在煤矿投入运 行,一年来的运行情况明,该漏电保护动作准 确,与现有漏电保护相比显示出几个优点:"解 决了现有漏电保护受接地点过渡电阻影响的问题。 #解决了现有漏电保护不能适应中性点经消弧线 圈接地系统的问题。$ 适应性强,不仅可以用于 中性点不接地系统,也可以用于中性点经预调式 (或随调式)消弧线圈接地系统。对两种中性点 接地方式并存的煤矿,尤其在两种中性点运行方 式交替的阶段,该装置更具有实用价值。 参考文献 [%] 唐轶,陈奎,陈庆,等( 导纳互差之绝对值和的极 ) ) 大值法小电流接地选线研究[ *]( 中国电机工程学 报,#’’&,#&(+):,-.&,( [#] 要焕年,曹梅月( 电力系统谐振接地[/]( 北京: 中国电力出版社,#’’’( [0] 桑在中,张慧芬,潘贞导( 用注入法实现小电流接 地系统单相接地选线保护[ *]( 电力系统自动化, %--+,#’(#):%%.%#( [,] 曾祥君,尹项根,张哲,等( 零序导纳法馈线接地 保护的研究[ *]( 中国电机工程学报,#’’%,#% (,):&.%’( [&] 王泉根( 高压漏电保护装置误动作的一般原因及解 决方法[*]( 电世界,#’’+,,1(0):&&( [+] 李艳东( 煤矿漏电保护装置的现状及发展方向 [*]( 科技咨询导报,#’’1,#’:#’-( [1] 唐轶,陈奎,陈庆,等( 馈出线测量导纳互差求和 小电流接地选线研究[ *]( 电力系统自动化, #’’&,#-(%%):+-.10( [2] 陈奎( 单相接地故障综合判据选线研究[3]( 徐 州:中国矿业大学,#’’&( [-] 唐轶( 选择性漏电保护[/]( 北京:煤炭工业出 版社,%--&( (收稿日期:#’’- ’& #’) ********************************************* !" (上接第 ,, 页) 要求,也可以用其他种类或厂家的电容,对于选 择表贴元件的设计可以选用固态钽电容,但要注 意的是,必须测试电容的浪涌电流值。456 公司 的 789系列以及 98:4;<=公司 &-03系列器件的 浪涌电流值都经过了测试。 结束语 在实际制作过程中还要注意以下几点: %)在印制板布线时,应当注意把功率地与 信号地分开走线,然后在输出端汇接。信号地由 ;>3脚和 ?> @ ?AA 脚组成,功率地由输入电容、 输出电容的负端以及肖特基二极管的正端组成。 #)储能电感最好选用环型电感,因为它的 磁路闭合可以降低其 =/B,但易饱和,要求其饱 和电流是最大负载电流的 %" & 倍,并且其直流阻 抗要小以减少损耗。因为铁粉磁心损耗很大,故 最好不用,应使用铁氧体磁心或坡莫合金磁心。 0)较高的输出电压纹波(一般大于#’ C5)是 开关模式直流变换器设计中不可回避的问题。在某 些对电源纹波电压有特殊要求的场合(如微处理器 内部有高精度 4@ 3转换器等),为进一步降低输出 纹波可以在输出端添加一级 DE滤波器,也可以将它 与线性稳压器件配合设计,即采用开关稳压电源来 提高稳压电源的工作效率,同时在其后面采用线性 稳压电源来降低稳压电源的输出纹波电压。 经过实际测试,采用 D/#&1+ 来设计大电流 输出的 FGH$ 型直流变换器电路简单、工作可靠 且性价比高。 参考文献 [%] 王明顺( 基于 D/#&1+ 的高可靠 /E< 电源设计 [*]( 国外电子元器件,#’’,(%%)( [#] 李磊,李勇,雷飞( 一种多功能开关电源设计 [*]( 电子设计应用,#’’2(%)( (收稿日期:#’’- %% #’)!"
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