二次可調(diào)開關(guān)直流電源的設(shè)計

摘要：當(dāng)前實(shí)驗(yàn)用的低壓直流電源，是把220伏交流電用變壓器降壓、整流濾波后再通過線性穩(wěn)壓電路和線性穩(wěn)流電路對外供電。電源變壓器體積大、重量大、工作溫度高、電壓適應(yīng)范圍小，用線性穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓恒流電能利用效率低，電能的很大比例消耗在自身的電路上。提高低壓直流電源效率的最有效辦法采用開關(guān)電源，但開關(guān)電源只適合于輸出電壓固定(或變化范圍不大的場合)，為了解決上述問題，這里利用開關(guān)型穩(wěn)壓器件設(shè)計出二次可調(diào)開關(guān)直流電源，以替換現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室中普遍使用的直流電源。
關(guān)鍵詞：線性穩(wěn)壓；線性恒流；開關(guān)電源

0 引言
物理實(shí)驗(yàn)室給師生使用的實(shí)驗(yàn)電源都是把220V的交流電用工頻變壓器降壓、用整流濾波電路變成36V的直流電后再用線性穩(wěn)壓電路或線性穩(wěn)流電路向外供電，線性穩(wěn)壓在低電壓供電時效率很低，如用它給6V 1A的用電器供電時，穩(wěn)壓電路從電源最少要吸取的電能是36V×1A= 36W(不包含變壓器和整流濾波電路消耗的電能)，對用電器的供電功率僅有6W，電能利用效率僅是6／36=0．16=16．7％，也就是說它要在自己的內(nèi)部電路上消耗30W的電能。在許多應(yīng)用場合都需要電流源，而不是電壓源，當(dāng)實(shí)驗(yàn)需要能提供大電流的電流源時，使用線性穩(wěn)壓器是不可取的，其原因在于串聯(lián)電阻器的功耗很大。提高電源效率的最有效辦法是采用開關(guān)電源，開關(guān)電源具有精確度高、性能穩(wěn)定等優(yōu)良的電子特性和體積小、重量輕、效率高、響應(yīng)速度快、電壓調(diào)整范圍大等一系列優(yōu)點(diǎn)，但開關(guān)電源只適合于輸出電壓固定或變化范圍不大的場合，而不適合要求輸出電壓幅度變化很大或連續(xù)可調(diào)的場合，為了解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)電源的功率浪費(fèi)和形體笨重，以及開關(guān)電源只適合于輸出電壓固定或變化范圍不大的問題。本文利用最常用的開關(guān)型穩(wěn)壓器件LM2576設(shè)計出二次開關(guān)電源，以便替換現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室中使用的直流電源。

1 電路控制設(shè)計
1．1 電路結(jié)構(gòu)
220V市電首先用一次開關(guān)電路降成40V直流電，這樣可以避免工頻變壓器體積大、重量大、適應(yīng)市電變化范圍小的問題。然后分別用開關(guān)穩(wěn)壓電路組成可調(diào)穩(wěn)壓電路和可調(diào)穩(wěn)流電路(二次開關(guān))，這樣可以大幅度地提高電能的利用效率，減少電源自身的功耗。
二次開關(guān)直流電源結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中5V二次開關(guān)穩(wěn)壓是數(shù)字電流表和電壓表的供電電源。

1．2 一次開關(guān)降壓電源電路
一次開關(guān)降壓電源電路，首先把220V的交流電經(jīng)整流、濾波電路變成約300V直流電壓，然后通過高頻開關(guān)電路控制開關(guān)元件控制通過高頻變換器的導(dǎo)通電流和截止時間比例來調(diào)節(jié)高頻變換器的輸出電壓，高頻變換器輸出的矩形波電壓經(jīng)整流、濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷?。電壓控制電路由振蕩器、取樣電路、比較器、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路構(gòu)成。為了使電路簡單可靠，一般選用開關(guān)電源用集成電路。該設(shè)計選用西門子公司最新推出的TDA1683x系列電流型單片開關(guān)電源，它具有體積小、外圍電路簡單、溫度范圍寬的特點(diǎn)，其電路原理圖如圖2所示。

為了簡單，在試驗(yàn)制作之時我們直接選用市場上購買的輸出40V 3A開關(guān)成品電源，如圖3所示。