CN103326571A - 非隔离型大电流可调直流稳压电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非隔离型大电流可调直流稳压电源，其特征包括：8.6～30V供电电源、L型电源滤波电路、DC/DC变换器、电压取样及输出电压调节电路、功率输出电路及保护电路；所述的DC/DC变换器由电流模式脉宽调制集成电路IC1、电阻R2、电容C2和电容C3组成，电流模式脉宽调制集成电路IC1采用的型号为UC3843；所述的功率输出电路及保护电路由功率输出管BG2、电阻R5、电阻R6、续流二极管D1、电感器L、电阻R8及电阻R7组成，功率输出管BG2采用增强型N沟道大功率场效应管，其型号为IRFZ22。本发明不仅能够输出大电流、输出电压可调，而且大幅度提高了直流稳压的转换效率和工作的可靠性。

Description

非隔离型大电流可调直流稳压电源
技术领域
本发明属于开关电源技术领域，涉及一种非隔离型大电流可调直流稳压电源。
背景技术
大功率可调直流稳压电源是电子电路设计人员或实验室必备的直流电源设备。以往大功率串联可调稳压电源中的调整管多用大功率NPN型晶体管或用大功率PNP型晶体管，其主要缺陷是调整管的损耗功率非常大，导致直流电源的转换效率很低，不容易制作大电流的直流稳压电源。
为了解决或弥补市面上这些大功率可调直流稳压电源存在的种种缺憾，本发明使用电流模式脉宽调制集成电路UC3843制作的大功率可调直流稳压电源，采用增强型N沟道大功率场效应管作为功率管，该直流稳压电源不仅能够输出大电流、输出电压可调，而且大幅度提高了直流稳压的转换效率和工作的可靠性。
非隔离型大电流可调直流稳压电源的电路全部使用普通元器件制作，制作成本仅需十几元，很适合用于工厂批量进行开发。
以下详细说明本发明所述的非隔离型大电流可调直流稳压电源在实施过程中所涉及的有关技术内容。
发明内容
发明目的及有益效果：大功率可调直流稳压电源是电子电路设计人员或实验室必备的直流电源设备。以往大功率串联可调稳压电源中的调整管多用大功率NPN型晶体管或用大功率PNP型晶体管，其主要缺陷是调整管的损耗功率非常大，导致直流电源的转换效率很低，不容易制作大电流的直流稳压电源。
为了解决或弥补市面上这些大功率可调直流稳压电源存在的种种缺憾，本发明使用电流模式脉宽调制集成电路UC3843制作的大功率可调直流稳压电源，采用增强型N沟道大功率场效应管作为功率管，该直流稳压电源不仅能够输出大电流、输出电压可调，而且大幅度提高了直流稳压的转换效率和工作的可靠性。
电路组成及电路工作原理：选用电流模式脉宽调制集成电路IC1作为电路的核心元件，其型号为UC3843。UC3843集成电路的特点：它是一种DC/DC变换器高性能固定频率电流模式控制器。UC3843具有频率可调的振荡器，能精确的控制占空比、温度补偿、高增益误差放大等，它具有电流取样比较器和大电流输出功能，是驱动增强型N沟道大功率场效应管理想的集成电路，其外围只需使用少量元件即能实现设计目标。
非隔离型大电流可调直流稳压电源由供电电源、L型电源滤波电路、DC/DC变换器为电流模式脉宽调制控制器、功率输出电路、保护电路组成。
使用电路的保护功能
为满足粗放使用直流稳压电源的要求，确保直流稳压电源的使用安全，启用集成电路自有的保护功能、并在电路设计上增加了两种保护措施：
1. 利用UC3843集成电路自身的阈值保护电路，通过电流模式脉宽调制集成电路IC1的第3脚外围电流取样电阻，实现功率输出端过载或短路保护。当直流稳压电源输出端的故障解除后，电路可自动恢复正常工作；
2.  当供电电源电压低于V阈值8.6时，电流模式脉宽调制集成电路IC1自动进入欠压锁定而中止电压输出，有效地保护了供电电源不致于过量放电。
技术方案：非隔离型大电流可调直流稳压电源，它包括8.6～30V供电电源、L型电源滤波电路、DC/DC变换器、电压取样及输出电压调节电路、功率输出电路及保护电路，其特征在于：
DC/DC变换器：它由电流模式脉宽调制集成电路IC1、电阻R2、电容C2和电容C3组成，电流模式脉宽调制集成电路IC1采用的型号为UC3843，电流模式脉宽调制集成电路IC1的第7脚接L型电源滤波电路，电流模式脉宽调制集成电路IC1的第8脚通过电阻R2接电流模式脉宽调制集成电路IC1第4脚和电容C2的一端，电流模式脉宽调制集成电路IC1的第5脚和电容C2的另一端接电路地GND，电流模式脉宽调制集成电路IC1的第2脚接电压取样及输出电压调节电路，电流模式脉宽调制集成电路IC1的第3脚通过电容C3接电路地GND，电流模式脉宽调制集成电路IC1的第6脚接功率输出电路及保护电路；
L型电源滤波电路：它由电阻R1和电解电容C1组成，电解电容C1的正极接电流模式脉宽调制集成电路IC1的第7脚和电阻R1的一端，电阻R1的另一端接电路正极VCC，电解电容C1的负极接电路地GND；
电压取样及输出电压调节电路：它由PNP型三级管BG1、电阻R3、电阻R4、电位器RP和电解电容C4组成，电流模式脉宽调制集成电路IC1的第2脚通过电阻R3接PNP型三级管BG1的集电极和电阻R4的一端，电阻R4的另一端接电路地GND，PNP型三级管BG1的发射极接电位器RP的一端，电位器RP的另一端及其活动端接电路正极VCC，PNP型三级管BG1的基极接电解电容C4的负极和稳压输出端子的负极，电解电容C4的正极接电路正极VCC和稳压输出端子的正极；
功率输出电路及保护电路：它由功率输出管BG2、电阻R5、电阻R6、续流二极管D1、电感器L、电阻R8及电阻R7组成，功率输出管BG2采用增强型N沟道大功率场效应管，其型号为IRFZ22，电流模式脉宽调制集成电路IC1的第6脚通过电阻R5接功率输出管BG2的栅极G，功率输出管BG2的漏极D接续流二极管D1的正极和电感器L的一端，续流二极管D1的负极接电路正极VCC，电感器L的另一端接PNP型三级管BG1的基极和稳压输出端子的负极，功率输出管BG2的源极S与电阻R6的一端、电阻R8的一端及电阻R7的一端相连，电阻R6的另一端接功率输出管BG2的栅极G，电流模式脉宽调制集成电路IC1的第3脚接电阻R7的另一端，电阻R8的另一端接电路地GND；
8.6～30V供电电源的正极与电路正极VCC及稳压输出端子的正极相连，8.6～30V供电电源的负极与电路地GND相连。
附图说明
附图1是本发明提供的非隔离型大电流可调稳压电源一个实施例电路工作原理图。
具体实施方式
按照附图1所示的非隔离型大电流可调直流稳压电源电路工作原理图和附图说明，并按照发明内容所述的各部分电路中元器件之间连接关系，以及实施方式中所述的元器件技术参数要求和电路制作要点进行实施即可实现本发明，以下结合实施例对本发明的相关技术作进一步的描述。
元器件的选择
元器件要适合高温环境条件下工作。元器件选择要求工作稳定、可靠为原则，尽量筛选温度适应宽、且耐高温的元器件，功率元件参数应为工作指标的3倍以上。
元器件名称及技术参数
序  号          元 件 编 号 元 器 件 名 称 主 要 参 数 说 明 数 量
IC1 电流式脉宽调制集成电路 UC3843 双列直插式 或UC3845 1只
BG1 三级管 2SC9015 TO—92塑封β≥200 2SC9012 1只
BG2 增强型N沟道场效应管 TO—220 IRFZ22 或IRFZ30 1只
D1 肖特基二极管 MBR1545 TO—220 1只
R1 金属膜电阻 1/4W 24～33Ω 降压滤波 1只
R2 碳膜电阻 1/8W 8.2KΩ 振荡器 1只
R3、R4 碳膜电阻 1/8W 2.2KΩ 分压电阻 2只
R5 碳膜电阻 1/8W 100Ω 栅极电阻 1只
R6 碳膜电阻 1/8W 12KΩ 偏置电阻 1只
R7 碳膜电阻 1/8W 430Ω 电流反馈 1只
R8 金属膜电阻 1/2W 0.22Ω 电流取样 1只
RP 电位器 1/8W 2.2KΩ 输出电压调节 1只
C1 电解电容外接电源插座 47μF/35V 滤波电容 1只
C2 电 容 0.01μF 振荡器 1只
C3 电 容 1000P 振荡电容 1只
C4 电解电容 470μF/35V 滤波电容 1只
L 电感器 铁氧体磁芯 EI25 平绕25圈 1只
散热器 可焊式散热器 T-220封装 1组
1. 为实现非隔离型大电流可调直流稳压电源使用目标，电路核心元件选用具有保护功能的电流式脉宽调制集成电路UC3843；
2. 功率输出电路：考虑到开关管的导通电阻小、装置的外壳尺寸和散热器尺寸等因素，功率输出管BG2选择TO—220塑料封装的增强型N沟道大功率场效应管，其型号为IRFZ22；
3. 滤波电容的选择: 一般情况下，电源滤波电容的容量越大为好，但本发明为开关电路，滤波电容的容量太大会增加电路的分布电感而影响开关电源对高次谐波的滤波效果。本发明考虑到为节省电路板的空间尺寸，在电路板空间允许的情况下，为提高开关电源的滤波效果和减少对周边遥控设备的辐射干扰，可多使用几只容量为220μF电解电容代之。
部分器件的制作
⒈ 电感器制作：电感器是非隔离型大电流可调直流稳压电源制作成功与否的关键器件，铁氧体磁芯选用型号EI25，舌面尺寸6.5mm×6.5mm，用￠0.29～0.31mm漆包线10股绞绕（每个电感器需绞线长度约130cm），在磁芯骨架上分层平绕25～26圈；电感器亦可选用环形铁氧体（磁环）制作，用单根￠0.8mm 漆包线穿绕30～32圈，绕制环形电感穿绕有一定技术难度，且制作成本也相对较高。电感器绕制完后，用电工防水胶带捆扎，再用504环氧胶或A、B胶浸封加固；
2. 散热器：因点火装置所用的塑料外壳空间很小，散热器选用适合T-220封装的可焊式散热器。因直流稳压电源使用的是开关电路，场效应管功率较大、导通电阻非常小，所以场效应管在工作时产生的热量很少，以至于不使用散热器也能正常工作。
电路调试
在非隔离型大电流可调直流稳压电源调试之前，仔细核对焊接的元器件、接线与电路工作原理图是否完全相符，要特别注意检查二极管、三极管、电解电容等有极性的元件，逐个检查元器件的焊接质量，消除虚焊、假焊。
1. 空载测试：供电电源输出电压调到12V，用数字万用表测量输出电压，一般情况下，电路无需调试即可正常工作；
2. 供电电源电压范围测试：供电电源的电压最低为8.6V，当供电电源电压＜8.5V时，电路自动进入欠压保护状态，输出端电压基本为零；供电电源电压为30V时转换效率最高，供电电源回路中的输入电流最小；对于供电电源使用超过30V的电压, 直流稳压电源没有设计保护电路功能，当供电电源电压达到或超过34V将会烧坏电路中的电流模式脉宽调制集成电路IC1；
3. 空载时供电电源输入电流测试：供电电源电压12V时，工作电流≤9mA，空载输出电压值为1.78V；
4. 输出端短路测试：要测试两种短路的极端情况，一是空载状态下输出端人为短路测试；二是接有负载时输出端人为短路的情况下测试。在测试时要分别接上数字万用表，观察当输出端短路解除后，输出端电压值能否立即恢复；
5. 在轻、重负载情况下测试整机输入电流：供电电源电压为12V，在轻、重负载时，测试供电电源输入回路中工作电流范围是0.45～0.65A。
技术指标
1. 输入电压：8.6～30V（当供电电源电压＜8.6V时, 直流稳压电源将进入欠压保护状态）；
2. 输入电流：0.45～0.65A（供电电源输入电压越高，输入电流越小）；
3. 输出电压：1.5～24V；
4. 输出电流：0～4.0A；
5. 转换效率：当供电电源12V时，转换效率约为86%（供电电源电压越高，转换效率越高）。

Claims (1)

1.一种非隔离型大电流可调直流稳压电源，它包括8.6～30V供电电源、L型电源滤波电路、DC/DC变换器、电压取样及输出电压调节电路、功率输出电路及保护电路，其特征在于：
所述的DC/DC变换器由电流模式脉宽调制集成电路IC1、电阻R2、电容C2和电容C3组成，电流模式脉宽调制集成电路IC1采用的型号为UC3843，电流模式脉宽调制集成电路IC1的第7脚接L型电源滤波电路，电流模式脉宽调制集成电路IC1的第8脚通过电阻R2接电流模式脉宽调制集成电路IC1第4脚和电容C2的一端，电流模式脉宽调制集成电路IC1的第5脚和电容C2的另一端接电路地GND，电流模式脉宽调制集成电路IC1的第2脚接电压取样及输出电压调节电路，电流模式脉宽调制集成电路IC1的第3脚通过电容C3接电路地GND，电流模式脉宽调制集成电路IC1的第6脚接功率输出电路及保护电路；
所述的L型电源滤波电路由电阻R1和电解电容C1组成，电解电容C1的正极接电流模式脉宽调制集成电路IC1的第7脚和电阻R1的一端，电阻R1的另一端接电路正极VCC，电解电容C1的负极接电路地GND；
所述的电压取样及输出电压调节电路由PNP型三级管BG1、电阻R3、电阻R4、电位器RP和电解电容C4组成，电流模式脉宽调制集成电路IC1的第2脚通过电阻R3接PNP型三级管BG1的集电极和电阻R4的一端，电阻R4的另一端接电路地GND，PNP型三级管BG1的发射极接电位器RP的一端，电位器RP的另一端及其活动端接电路正极VCC，PNP型三级管BG1的基极接电解电容C4的负极和稳压输出端子的负极，电解电容C4的正极接电路正极VCC和稳压输出端子的正极；
所述的功率输出电路及保护电路由功率输出管BG2、电阻R5、电阻R6、续流二极管D1、电感器L、电阻R8及电阻R7组成，功率输出管BG2采用增强型N沟道大功率场效应管，其型号为IRFZ22，电流模式脉宽调制集成电路IC1的第6脚通过电阻R5接功率输出管BG2的栅极G，功率输出管BG2的漏极D接续流二极管D1的正极和电感器L的一端，续流二极管D1的负极接电路正极VCC，电感器L的另一端接PNP型三级管BG1的基极和稳压输出端子的负极，功率输出管BG2的源极S与电阻R6的一端、电阻R8的一端及电阻R7的一端相连，电阻R6的另一端接功率输出管BG2的栅极G，电流模式脉宽调制集成电路IC1的第3脚接电阻R7的另一端，电阻R8的另一端接电路地GND；
所述的8.6～30V供电电源的正极与电路正极VCC及稳压输出端子的正极相连，8.6～30V供电电源的负极与电路地GND相连。
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