直流降压稳压电路原理图，直流降压稳压电路
chanong
|2018年，降压型直流开关稳压电源系统的设计资料成为热门话题，并获得了当地奖项第二名，所以这次我想分享一下降压型直流开关稳压电源系统。开源，是的，一切都是开源的。我会持续更新和开源电路板、核心原理和程序。首先拍一下主系统的照片
先来几张照片
本题为2018年山西电子设计大赛Power Pack 1题，要求设计一个额定功率为15W的电源。对纹波电压和过流保护有特殊要求。电压调节、负载调节和效率要求也可以轻松实现。当时的手写电路图，这是主电路和EMI
初步方案采用TL494主控，控制电路如图所示。
使用当时的运算放大器进行负载识别
降压电路
TL494是一款固定频率脉宽调制电路，具有控制开关电源所需的全部功能，广泛应用于单端双管、半桥、全桥开关电源。它可以通过外部调节电阻和电容来控制。输出电容器上的脉冲实际上是通过将电容器上的正锯齿电压与另外两个控制信号进行比较来获得的。功率输出管Q1和Q2由或非门控制。当双稳态接触器时钟信号为低电平时，通过。也就是说，仅在锯齿波电压大于控制信号的期间才对其进行门控。随着控制信号的增加，输出脉冲的宽度减小。
控制信号从集成电路外部输入，送到时间死区时间比较器和误差放大器的输入端。死区时间比较器的输入补偿电压为120mV，将最小输出死区时间限制在锯齿波周期的4%左右，输出端接地时最大输出占空比为96%。输出端连接到参考电平，占空比为48%。如果死区时间控制输入端子连接到固定电压，则可以在输出脉冲中产生额外的死区时间。
脉冲宽度调制比较器为误差放大器提供了一种调整输出脉冲宽度的方法。当反馈电压从0.5V变化到3.5V时，输出脉冲宽度从死区确定的最大导通百分比时间下降到零。两个误差放大器的共模输入范围为-0.3V至(vcc-2.0)，并且可以从电源输出电压和电流中感测到。误差放大器的输出始终处于高电平，并且通过与脉宽控制器的反相输入进行“或”运算，电路配置使得只有最小输出可以控制控制电路。
恒压输出和负载识别功能之间的切换，即恒压模式和恒流模式之间的切换，可以采用数控方法和OP07的双运放电路。
双运放电路由两个OP07运放组成，其中第一个OP07运放调整电压放大系数，将负载电阻反映到输出电压中，第二个OP07运放调整输出电压的方向和电源电压。返回TL494的2脚，实现负载识别功能。该方案稳定性高，硬件电路并不复杂。实现切换功能，选择按键开关进行手动切换，简单实用。相比之下，我们选择这个选项。正如照片所示。
这是一个电阻分压检测电路。通过在输出回路串联采样电阻，将流过电阻的电流转换为两端的电压，通过检测电压值来确定电流值。
采用电阻采样方式，与电位器串联一个电阻，得到中间电压返回给单片机，实现电压采集。通过将电流转换成两端的电压并检测电压值来确定电流值。
过流保护内部使用TL494来实现过流保护。这需要在电路中添加采样电阻。利用采样电阻分压后输入芯片，实现过流保护。同时，该芯片具有多种过流保护模式，而且该方案的电路非常简单，但对于3.2A来说，需要增加采样电阻来实现过流保护，从而降低了效率。整个系统。或者，您可以使用运算放大器来放大和控制电压。
这就要求运放具有更高的线性度。采样电路如图所示。
减少纹波
首先在输入端串联磁珠，去除电源与系统之间的噪声，在输出端连接两个2000uF电解电容和三个470uF钽电容，去除低频信号。 104 添加独石电容，滤除高频信号(1) 增大输出滤波器的电容、电感参数； (2) 提高开关电源的工作频率，增大L值，或提高开关频率降低（3）EMI滤波电路，即串联电抗器和并联电容组成的低通滤波电路。驱动电路驱动IR2104半驱动的BUCK型同步整流电路。桥，降低系统压降，这就是实现操作的驱动芯片。
该芯片采用无源泵负载升压原理。当电源接通时，功率迅速流动，电容C通过恢复二极管D充电，C的端电压迅速上升到Vcc附近。此时，当下管导通时，C的负级被拉动。当PWM波形反转时，负极电位迅速充电到Vcc附近，输出反转电平，使下管截止，上管导通。 C正极电位上升到电源电压附近，涨潮时C正极电位超过Vcc电源电压。由于D的存在，电压不会回流到电源，此时C开始向芯片内部的高压侧悬浮驱动电路供电，C的端电压被充电到一定值等级。在高于高压电源Vcc的电压下，只要上下管交替导通和截止，C就会继续为高压侧悬浮驱动电路供电。当上管导通时，高压侧悬浮驱动电路上的电压始终大于上管南极。采用该芯片降低了整个电路设计的复杂度，并且通过适当选择电容C，电路可以稳定工作。
BUCK型同步整流电路如下
2104自举电路如图所示
经过对TL494电路的仔细考虑，使用穿孔板构建系统电路如下。
该电路只能稳定和降低系统电压和负载。
过流和负载识别尚未使用。
在第一代系统设计的基础上，增加了358个硬件实现的过流保护功能。过流基本在3.2A左右。由于采样电阻的加入，负载调整率已经明显降低（电压调整率不受负载影响），下一步是解决采样电阻与负载调整率的差异，以及负载识别功能.就是要解决.
这是一个基于常规电路的全功能电路系统，494主控芯片独立焊接，避免受主电路浪涌影响。
电压调整0.3%
负荷调整5.5%
80% 效率
未测量纹波
可以实现过流、负载识别等功能，但负载调节效率和纹波不满足要求。
这是因为在输出端使用型滤波器可以显着降低纹波，但由于滤波器的影响，公共端不稳定，电路可能无法正常工作。
起初我以为是浮动参考电压，所以我用另一个494参考作为控制端引脚2的参考电压。滤波电路造成的损耗也比较大。
经过一系列的调试和参数测试，发现采用494制作的纯硬件稳压电源可以实现过流保护和负载识别功能。
然后通过调整滤波电路即可得到满意的纹波值。
但该电路的最高效率仅达到75%，距离要求还很远，而且负载调整率很差。
我的体重也相当超标
因此，我们组决定改用覆铜板，并利用频率和电路PCB布局走线来减少纹波。
这是当时用494主控制作的最完整的稳压系统，也是最轻的。
上部是控制电路，下部是主电路。
在用TL494主控进行调试时，我们发现494虽然易于使用，但无法满足高频环境、高效率、低纹波的设计要求。
另外，负载调节的采样电阻分压补偿很难用硬件实现，而且不准确，过流精度也稍低。
因此，重新选择电路主控，采用stc12单片机作为系统主控，实现软件负载调节的过流精度和采样电阻分压补偿。
stc12单片机可以提供50khz的工作频率，进一步降低纹波电压。
这张照片是AD受洗后绘制的第一个电路的覆铜板的照片。
由于是第一次画板子，所以画得不太好，有疏漏的地方请大家见谅。
这是伟人考试时的照片
在原来的基础上，我改变了主电路，使它看起来更好一点。
进一步调整电路后，模块进一步集成，形成下一代图案，期间也使用了双面面板。
经过调整电路后，我最终选择了一块PCB作为我的最终解决方案。
最终产品是：
经过系统全面调试，对系统参数进行了测量，本次系统全部满足问题要求。
系统参数测试
更新了TL494主控电路原理图。
BUCK电路草图及PCB
主要成分清单
测试结果分析
根据以上测试数据，我们可以得出以下结论：
(1) 在额定输出电压下，输出电压偏差为5.5mV，远小于100mV。这表明该电路的输出是准确的。
（2）额定输入电压下测得最大输出电流为3.102A，大于3A。表明该电路能承受大电流。
(3)输出噪声纹波电压峰峰值为20.5mV，小于50mV。符合题目要求。
(4)负载波动率为1.02%，小于5%，电压波动率为0.01%，小于0.5%。这表明整个电路稳定性良好，不易受到外界干扰。
(5)满载效率为90.4%。这表明该电路非常有效。
(6) 配备3.2A过流保护功能。
(7)整体重量为0.17kg，可见该电路具有体积小、重量轻的优点。
本设计主要采用TL494和IRF3205场效应管组成DC/DC同步整流降压电路，均满足问题要求。满载效率高达90.4%，纹波在50mV以内，并提供过流保护。总体而言，它具有高性能、高效率、重量轻的特点。
根据直流稳压电源的相关知识，确定模块各部分的设计方案，并进行对比分析，确定总体设计方案。接下来，我们对所要使用的软件功能程序进行设计、编程和可用性测试，然后将主程序烧录到单片机中，与硬件电路一起进行调试和测试。纠正出现的任何错误，执行电源输出电压数据测试，并分析数据以满足您的设计要求。
经过软硬件联调和系统数据分析，发现系统输出稳定，电压变化小，精度高。仿真设计完成了基本功能，能够达到预期目标。但由于设计时间限制或自身能力不足，导致带载运行所需功率增大、线路本身损耗和电流增大等，在实际物理设计中，理想的控制是不可能的，也可能不会发生。重要的问题，例如数模转换的差异，也是需要考虑的因素。
本系统以降压斩波电路为核心，采用STC12C5A60S2单片机作为主控制器和PWM信号发生器，根据反馈信号调节PWM信号，进行可靠的闭环控制，实现稳定的电压输出。系统输出直流电压为5V，可通过键盘进行配置和调节。最大输出电流超过3.2A。电压调整率和负载调整率较低，DC-DC转换器的效率达到93.9%。它可以测量输入电压、输出电压、输出电流，并具有易于使用的人机交互界面。
经过4天3夜的努力，我们完成了题目的所有要求。系统的性能在某些方面超出了要求，但由于时间有限，工作量较大，还有很大的改进空间，还有改进的空间，相信如果改进的话，性能会进一步提高。这次比赛很大程度上展示了我们各方面的优势，我们遇到了很多困难和�**芴謇此担晒τ氪煺劢惶妫延胂Ｍ⒋妫颐桥θ〉媒徊降目缭剑颐腔峒绦Α�
比赛过程从最初的TL494替换电路系统到完成的集成覆铜板经过大量的调试，克服了诸多问题，最终确定了电路设计要求。
原文链接：https://www.dianyuan.com/bbs/2466215.html