一種隔離式DCDC開關電源的設計

1、一種隔離式DC/DC開關電源的設計摘要：本文結合實例介紹了利用LM2577制作的一種隔離式DC/DC開關直流穩(wěn)壓電源的電路設計及相應的電路圖。關鍵詞：DC/DC；開關電源；隔離變換器；設計；分析LM2577是National Semicnductor公司生產(chǎn)的一種典型的升壓式集成開關電源調(diào)整器，廣泛應用在許多電子產(chǎn)品的電源電路中。它具有外接元器件少、輸入直流電源電壓范圍寬(3.540V)、輸出開關電流達到3A、內(nèi)部有固定頻率(52kHz)振蕩器、電流反饋型工作方式、有軟啟動、電流限制、欠壓鎖定和熱關閉保護等功能?？梢越映珊唵紊龎骸⒏綦x和多輸出電壓的開關電源電路。它的封裝有5引腳的TO-220形

2、式與4引腳的TO-3P形式等,輸出直流電壓有12V、15V和可調(diào)(ADJ)。圖1 LM2577-ADJ典型電路典型升壓DC/DC電路TO-220封裝形式的LM2577-ADJ典型DC/DC升壓形式的直流開關穩(wěn)壓電源電路圖如圖1所示。它的內(nèi)部有1.23V和2.5V能隙基準電壓單元、52kHz固定頻率鋸齒波振蕩器、RS觸發(fā)器、晶體管驅(qū)動電路和峰值電流可以達到3A的晶體管，還包括峰值電流采樣電阻、采樣電流放大器、采樣電壓放大器，共同組成電壓、電流誤差反饋系統(tǒng)，以達到脈沖寬度調(diào)制(PWM)工作方式。另外，還有軟啟動、欠壓鎖定、過流限制及熱關斷等單元。如圖1所示的直流開關穩(wěn)壓電源只需要外接八個元器件就可

3、以組成一個UoUi的直接升壓電源。其中反饋取樣電阻R1、R2的阻值可以確定直流輸出端的電壓值。例如當輸出直流電壓為+12V時，R1的阻值為17.5k,R2為2k。隔離式DC/DC開關穩(wěn)壓電源要求利用LM2577設計一個外形尺寸僅為25.4mm25.4mm10.1mm(1英寸1英寸0.4英寸)隔離式DC/DC開關電源模塊,用于醫(yī)療設備的隔離檢測供電系統(tǒng)。該電源系統(tǒng)的具體要求如下：(1)輸入端輸入直流電源電壓+12V；(2)隔離雙路輸出直流電源電壓12V；(3)輸出最大平均電流50mA；(4)輸出紋波電壓小于5mV；(5)輸入、輸出相互隔離；(6)輸入輸出之間隔離擊穿電壓大于2000VDC；(7)

4、具有已經(jīng)給定的保護措施。設計方案典型設計的12V/12V隔離式DC/DC開關穩(wěn)壓電源的電路圖如圖2所示。圖中的IC1為LM2577-ADJ型的集成電路，脈沖變壓器T1共有三個繞組：N1為主繞組；N2為輔助取樣繞組；N3、N4為次級繞組；圈數(shù)相同，T1的初級、次級之間是隔離的。C1為直流輸入12V的濾波電容，D1是取樣繞組的整流二極管，C2為該取樣電壓的濾波電容，R2、R3是取樣分壓電阻，R1、C3組成補償網(wǎng)絡。D2、D3是次級輸出整流二極管，IC2、IC3是小電流三端線性直流穩(wěn)壓電路(目的是使得輸出直流電源電壓更加穩(wěn)定)，C4、C5和C6、C7是次級直流濾波電容。輸出對稱的12V直流電源。圖2

5、 典型設計電路圖脈沖變壓器的設計輸出功率Po=(Uo1+UF)Io1+/(Uo2+UF)/Io2=(12+2)0.05+/(-12-2)/0.05=1.4W其中UF為整流二極管和三端穩(wěn)壓器的電壓降之和。若效率按照75%計算，則Pi=Po=1.475%=1.9W設PWM控制最大占空比max=0.3=30%則初級繞組N1的電感量其中的Ui是輸入的直流電源電壓，f為LM2577內(nèi)部振蕩頻率。初級繞組峰值電流初級繞組電感的儲能初級繞組的匝數(shù)N1:其中Bs為磁感應強度，Ae為脈沖變壓器磁心載面積則次級繞組的匝數(shù)N3、N4:輔助繞組的匝數(shù)N2:根據(jù)峰值電流的計算結果，初級繞組N1和次級繞組N3、N4均采用

6、0.1mm的高強度漆包線繞制，輔助繞組N2同樣采用0.1mm的高強度漆包線繞制。層間用0.1mm的聚脂薄膜絕緣。脈沖變壓器T1采用TDK公司生產(chǎn)的EU35高頻磁心,它是罐形磁心，高度是8mm，滿足要求。為了防止磁通飽和上下兩個罐形磁心之間墊有0.1mm的聚脂薄膜兩層。輸入濾波電容C1C1設計為330F耐壓16V。輸出濾波電容C4、C5C4、C5設計為330F耐壓16V。R1、C3的設計R1、C3構成了一個使LM2577電壓調(diào)整器保持穩(wěn)定的極2零點補償網(wǎng)絡，它們的數(shù)值主要取決于反饋取樣電壓調(diào)整器的增益、最大直流輸出電流Iomax、L1和C4、C5。調(diào)試典型的測試電路如圖3所示，為了檢測輸出特性，

7、12V輸出端子各自接入一個假負載電阻，按照下面公式確定其參數(shù)。P=UoIomax=120.05=0.6W1W圖3 測試電路輸出電壓值紋波輸入電源電壓在3.5到40V之間變化，利用示波器檢測兩路輸出電壓值為11.912.2V之間，誤差最大為1.7%,滿足要求。輸出紋波為5mV，基本看不出毛刺，也滿足要求。短路實驗將兩路輸出直接短路，電源模塊內(nèi)部的LM2577過流保護電路起作用，沒有明顯過熱變化，持續(xù)20分鐘，仍然沒有損壞，恢復原來的測試電路，仍然能夠正常工作，因此認為設計合理。實際應用該電源做成一種模塊形式,直接焊接在電路板上面，次級的12V直流電源通過大約3m長的電源傳輸線送到檢測器，作為隔離檢測電路的電源使用；而檢測信號則反向通過光電耦合器送回到檢測儀器部分，整個傳輸線利用帶有屏蔽的多芯電纜。該系統(tǒng)的電路結構方框圖如圖4所示。圖4 系統(tǒng)結構方框圖結束語利用LM2577-ADJ可以方便