基于LM2596的不間斷直流電源設(shè)計方案
來源：電子愛好者博客 作者：潘傳勇，丁國臣等2013年11月11日 13:47
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[導(dǎo)讀] 本文提出了一種基于LM2596 的不間斷直流電源設(shè)計方案。該方案中設(shè)計的不間斷直流工作電源，采用開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器LM2596進行DC-DC變換，能夠輸出3 A的驅(qū)動電流，同時具有很好的負載調(diào)節(jié)特性。
關(guān)鍵詞：LM2596直流電源
在主電源斷電時，電路通過繼電器自動將蓄電池切入，給設(shè)備供電。在主電源正常時，以不同模式給蓄電池充電：當電壓大于設(shè)定值時，恒壓充電；當電壓低于設(shè)定值時，恒流充電。測試結(jié)果證明該系統(tǒng)可以通過繼電器對電路進行過流保護與欠壓保護。
0 引言
該設(shè)計方案的指標要求：
蓄電池為4.2 V，負載為5 V.為此利用開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器LM2596 進行DC-DC 變換，具有驅(qū)動能力強，線性較好的特點。該不間斷直流電源的主要特點如下：主電源正常時，除可以給設(shè)備供電外，還可以以不同模式給蓄電池充電，當電壓大于 4.2 V時，切斷恒流充電電路，接通恒壓充電電路；當電壓低于4.2 V時，保持恒流充電；恒壓充電由W117 和運放LM324 構(gòu)成，具有輸出穩(wěn)定，波紋小等特點。恒流充電由大功率場管IRF640 和運放LM324組成，具有輸出電流精度高，紋波小，輸出電流受負載影響小等特點；若主電源斷電，則自動將蓄電池切入，保持電源不間斷。
1 系統(tǒng)設(shè)計方案
1.1 系統(tǒng)總體框圖
根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，該不間斷直流電源具有：在無交流電源時，不間斷給設(shè)備供電；交流電源正常時，有恒壓充電和恒流充電兩種模式；綜合設(shè)計要求，形成系統(tǒng)框圖如圖1所示。
1.2 DC-DC變換器方案的選擇
采用開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器LM2596，能夠輸出3 A 的驅(qū)動電流，同時具有很好的線性和負載調(diào)節(jié)特性，可固定輸出3.3 V，5 V，12 V 三種電壓，也可實現(xiàn)在1.2~37 V之間的可調(diào)輸出。
該器件內(nèi)部集成頻率補償和固定頻率發(fā)生器，開關(guān)頻率為150 kHz，與低頻開關(guān)調(diào)節(jié)器相比較，可以使用更小規(guī)格的濾波元件。由于該器件只需4 個外接元件，可以使用通用的標準電感，這更簡化了LM2596 的使用，極大地簡化了開關(guān)電源電路的設(shè)計。在特定的輸入電壓和輸出負載的條件下，輸出電壓的誤差可以保證在±4%的范圍內(nèi)，振蕩頻率誤差在±15%的范圍內(nèi)。可以用僅80 μA 的待機電流，實現(xiàn)外部斷電；具有自我保護電路（一個兩級降頻限流保護和一個在異常情況下斷電的過溫完全保護電路）。
DC-DC變換器電路如圖2所示。
1.3 恒壓充電電路設(shè)計
恒壓充電電路如圖3所示，電路由運放LM324和三端穩(wěn)壓器W117構(gòu)成。LM324連接成電壓跟隨器，其輸出電壓U1 = U- = U+ = UX，可見輸出電壓可通過調(diào)節(jié)電阻R2 中間抽頭來改變。由于運放的存在，使輸出電壓的調(diào)整非常平穩(wěn)。
1.4 壓控恒流充電電路設(shè)計
電路原理如圖4所示。該恒流源電路由運放LM324、場效應(yīng)管IRF640、采樣電阻R3、負載電阻RL 等組成。
電路采用大功率場效應(yīng)管IRF640 作為調(diào)整管，該管為N 溝道增強型MOS 管，該管工作電壓最高可達100 V，飽和漏極電流可達28 A，功耗約為150 W.當場效應(yīng)管工作于飽和區(qū)時，漏極電流Id 近似為電壓Ugs 控制的電流。即當Ud 為常數(shù)時，滿足：Id = f （Ugs） ，只要Ugs不變，Id 就不變。
在此電路中，R2 為康銅絲材料的取樣電阻（阻值隨溫度的變化小）。OP07作為電壓跟隨器，有U+ = U - = Us，由于柵極電流可忽略不計，因此Id = Is = I2 = Us R2 =U+ R2.正因為Id = U+ R2，電路輸入電壓U+ 控制電流Id，即Id 不隨RL 的變化而變化，從而實現(xiàn)壓控恒流。圖4中參數(shù)充電電流為200 mA.若要改變充電電流，只需調(diào)整R2 即可。
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