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1、2013年全国大学生电子设计大赛设计报告大电流直流稳压电源设计2013年全国大学生电子设计大赛设计报告大电流直流稳压电源设计摘要许多电子爱好者们在 DIY 时，常常需要一个能输出大电流、性能优良的直流稳压电源，并且希望这个直流稳压电源还能够比较方便的根据自己的需要随时改变输出电压的大小。本文介绍一款采用 LM2596 制作的 DC-DC 稳压电源，这款 DC-DC 稳压电源的体积很小，但它能提供 2A 甚至最高达 4A 的输出电流以及0V 至 30V 的正负电压，并且其性能指标非常好，完全可以满足电子爱好者们在DIY 时的要求，下面就原理及实际制作等方面的一些问题做一个详细的介绍。关键词：大电
2、流，直流稳压AbstractMany electronic enthusiasts in DIY, often need a large current output and excellent performance DC power supply, DC power supply and hope that this can also be more convenient according to their needs at any time to change the output voltage. This paper describes a use of a DC-DC LM259
3、6 produced power supply, DC-DC power supply this volume is small, But it can provide up to 2A or 4A, the output current and the negative voltage of 0V to 30V, and its performance is very good, can DIY electronics enthusiasts to meet the requirements in the following on the theory and practical aspec
4、ts of making some of the problems to do a detailed introduction.Keywords: Large current, DC voltage1.系统方案选择和论证方案一 MP1593 单芯片控制方案二 LM2596 单芯片控制方案三 LM2596 并联输出和 LM337 TIP147 C,E 跟随2. 理论分析与参数计算2.1 总体框图分析2.2 参数计算3.系统的电路设计与实现3.1 系统硬件的基本组成部分3.2 主要单元电路的设计3.3 系统的软件设计4.系统测试4.1 测试仪器4.2 指标测试方法及测试数据5.结果分析6.总结参考
5、文献附录1. 系统方案选择和论证方案一 MP1593 单芯片控制输入电压 Vin 从集成电路的 pin 2 端进入，这时如果在 pin 7( Enable) 端加高电平(+5V 左右)，则 IC 被启动进入到工作状态。在时间Ton( 导通时间) 内，输入电压通过导通的 MOS 管 V1 从 IC 的 pin 3 端输出，加在电感 L1 的左端，该电压经过 L1 与电容 C5 组成的滤波电路向负载 RL 供电，同时在电感 L1 上储存了电能。在时间 Toff( 关断时间) 内，MOS 管 V1 处于关断状态，这时，在储能元件电感 L1 上产生的自感电压为左负右正，因此加在二极管 D1 上的电压是
6、正向偏置电压，致使二极管导通，于是，电感 L1 与二极管 D1 及负载 RL 形成了一个放电回路，电感 L1 上储存的电能向负载 RL 释放，以提供负载 RL 所需的电能。优点：功耗小，精度高。缺点：稳定性差，效率低。方案二 LM2596 单芯片控制采用 LM2596 芯片单块控制，恒压 20V 供电，效率能达到 89.3%,但是其输出电压不稳定，电流输出略低。虽然效率高但是易受温度影响。优点：效率高，电路简单。缺点：稳定性差。方案三 LM2596 并联输出与 LM337 TIP147 射极跟随其正电源部分采用 LM2596 芯片并联控制，设计由两块相同的电路模块组成，将其并联到一起共同作用，
7、也是用 20V 恒压供电，效率达到 89.4%，负电源部分采用 LM337 LM324 TIP147 射极跟随组成，用-20V 恒压供电，效率达到 73.48%,但是输出电压稳定，输出电流高。优点：工作稳定、频响宽、输入电阻大和输出电阻小，带负载能力大等突出优点。缺点：电路复杂。结论：综合考虑，选用方案三实现题目要求更可行。2. 理论分析与参数计算2.1 总体框图分析20V 输入LM2596 稳压模块LM2596 稳压模块正电源输出-20V 输入 LM337 稳压 共 C,E 极跟随负电源输出2.2 参数计算反馈线要远离电感，电路中的粗线一定要短，最好用地线屏蔽，调节输出电压的电阻 R1、R2
8、 要靠近 LM2596 的 4 脚。 输出电压的计算可由下式给出： 其中 VREF=1.23V， )1/2(RVrefout，为了确保输出稳定， R1 选用标称阻值为 1K，精度12ftR为 的电阻。%Cin-470F/50V,Cout-220F/35VR1-1K，1%D1-5A/40VIN5825L1-68HCFF-参照有关的应用信息。3.系统的电路设计与实现3.1 主要单元电路的设计大电流直流稳压电源利用变阻器调节电源输出稳定电压的直流电源，包括正电源电路和负电源电路两个部分，在此用了稳压，电压跟随，调节，保护四个部分来完成。 （1）稳压电路 稳压电路由两个 LM2596 并联输出正电源,
9、LM337 TIP147 输出负电源。LM2596 和 LM337 均使用了内部热过载,包含过流保护、热关断和安全工作区补偿等完善的保护电路,使得电源可以省去保险丝等易损耗器件。稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化.（2）负电源电压跟随 电压跟随器起缓冲、隔离、提高带载能力的作用。共集电路是输入高阻抗，输出低阻抗，这就使得它在电路中可以起到阻抗匹配的作用，能够使得后一级的放大电路更好的工作。（3）调节电路 为适应不同应用场合的需要而将电压设置为可调，可调电阻选用精密可调电阻,保证输出电压的精确可调。,（4）保护电路 因为线性电源发热量较大，所以本电源中加了足
10、够的散热器。 总的流程：正电源电路：20V 直流电压 稳压并联电路 调压；负电源电路: -20V 直流电压 稳压电路 跟随电路 调压。3.2 主要单元电路的设计（1）测试电路及其布线（固定输出）CIN-470F/50V COUT-220F/25V D1-5A/40V IN5825L1-68H，L38（2）纹波滤波电路4.系统测试4.1 测试仪器测试使用的仪器如图所示序号 仪器名称 主要指标1 直流可调稳压电源 0V-30V2 数字万用表 3 位半4.2 指标测试方法及测试数据4.2.1 测试方法接入负载（变阻箱）后接通电源，调节负载至组要阻值，用万用表测试输入电流，电压以及输出电流，电压，并计
11、算系统效率，具体数值见测试数据。4.2.2 测试数据LM2596 并联输出空载 R= Vo=15V 20V 的输入负载 R() 输入电压Vin(V)输入电流Iin(A)输出电压Vo(V)输出电流Io(A)效率 n20 20 0.6 14.86 0.713 89.3%15 20 0.8 14.823 0.965 89.4%10 20 1.22 14.754 1.466 88.6%5 20 2.67 14.80 3.113 86.3%4.2 20 3.1 14.732 3.569 84.8%3.5 20 3.62 14.49 4.17 83.5%LM337 TIP147 射极跟随（运放-20V,5
12、V 供电）空载 R= Vo=-15V 20V 的输入负载 R() 输入电压Vin(V)输入电流Iin(A)输出电压Vo(V)输出电流Io(A)效率 n20 -20 0.75 -14.66 0.75 73.3%15 -20 0.97 -14.58 0.967 72.67%10 -20 1.59 -14.64 1.596 73.48%7 -20 2.17 -14.56 2.164 72.60%5 -20 3.28 -14.41 3.222 70.77%5.结果分析本系统能较好的完成基本部分和发挥部分，输出电压 15V，均流效果好，误差在 3.9%以内，工作状态稳定，过流以及短路保护准确，具有过热保
13、护功能，转换效率达 89.4%输出电压稳定，输出电流高6.总结大电流直流稳压电源其正电源部分利用 LM2596 并联制作的 DC-DC 稳压电源，负电源部分采用 LM337 LM324 TIP147 射极跟随组成，这款 DC-DC 稳压电源能提供 2A 甚至最高达 4A 的输出电流以及 0V 至 30V 的正负电压，内置有多重保护电路。该电源可用给一般的电子小制作供电也,其输出电压连续可调使用起来十分方便。参考文献1.韩广兴.电子残品装配与技能实训教程.北京电子工业出版社.2006 2.黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计.北京航空航天大学出社.2006 3.汤元信.电子工艺及电子工程设计. 北京航空航天大学出版社.20014.孙青.电子元器件可靠性工程.北京电子工业出版社.20025.李银华.电子线路设计指导. 北京航空航天大学出版社.2005 附录系统总原理图
