一种带过载保护的开关稳压电源设计方案

近年来,随着我国农产品需求量的增加,农业自动化水平的提高,以及大量农业机械、电气照明和温控设备的增加,农业电耗逐年增加,生产成本不断提高。随着电子技术的迅猛发展,开关稳压电源已作为一种较理想的电源为人们所使用,其运用功率变换器进行电能变换,能够在满足各种农业用电的前提下,降低电耗,其高效节能可带来巨大的农业经济效益。然而当前的农业用开关稳压电源,虽然体积小,效率高,但输出电压的纹波较大 ,难以保证输出电压高稳定性,常常影响农用机械和电气设备的连续生产,反而增加了耗能。为此,本文提出一种新的带过载保护的开关稳压电源设计方案,能为农用大型机械和农业照明设备电路提供稳定的电源,具有比较广阔的应用和发展前景。  

1 方案论证  

1. 1  DC2DC主回路拓扑电路方案论证  

目前,DC2DC 主回路设计方案可考虑的方案有3 种。

(1) 单端正激式电路。该电路的电路原理图如图1 所示。

 

该方案结构简单,成本低,但变压器铁心易磁化,MOS 管导通时向负载供电,变压器并没有实现充分利用,效率不高,而且输出电压纹波大。该方案实现简单,目前为大部分农业机械和电器设备采用,但难以保证稳定持续的工作,应用效果并不理想。  

(2)全桥整流式电路。图2 所示为全桥整流式电路。该方案采用了4 个MOS 管,工作时对管同时导通,半周期内Q1、Q3 导通,Q2、Q4 截止,然后Q2、Q4 导通,Q1、Q3 截止。这样的工作方式使每半周期都有2 个MOS 管来分压,对MOS管的耐压要求就降低了,适用于高压场合,但由于使用了4个MOS 管,使得损耗功率增加,开关损耗同时增加。考虑到农业机械一般功率较大,采用该方案必然降低电能利用率,导致大量的能耗损失。

( 3) 双管推挽放大电路。图3所示为双管推挽放大电路。该方案采用了2 个MOS 管轮流导通,比采用4 个MOS管损耗低,而且输出电压比单端方式的要稳,为达到设计所需要的效率,本文选用了该方案。

 

1. 2  控制方法及方案论证  

1. 2. 1  键控、稳压及显示控制  

常用的方案有2 种。  

(1) 数字芯片方案。采用数字电路搭建控制平台,用tlc4066 与74ls07 通过按键用74ls07 计数,并通过4066 来选通分压电阻的电压,输入给PWM芯片,从而控制输出电压。用A/ D 采样给数码管显示,但A/ D 控制不易实现而且显示部分电路难以实现。  

(2) 嵌入式方案。采用51 单片机小系统板对PWM芯片进行控制,并对A/ D 和D/ A 进行控制和采样。采用以7279 为核心的按键扫描显示模块进行键控和显示。该方案编程比较容易,控制很方便,显示也很容易实现。经综合比较考虑,笔者选择采用嵌入式解决方案。 

1. 2. 2  PWM芯片的选取  

TL494 是很常用的PWM芯片,但是外围电路复杂,缺少图腾柱式输出,且驱动能力不强。而SG3525 芯片的驱动能力要比TL494 强,性能稳定,并且以图腾柱式输出,驱动变压器设计简单,外围电路比TL494 简洁。  

因此,PWM芯片的设计中选用SG3525。 


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