基于LM2596的不间断直流电源设计

摘 要： 设计的不间断直流工作电源，采用开关电压调节器LM2596进行DC?DC变换，能够输出3 A的驱动电流，同时具有很好的负载调节特性。在主电源断电时，电路通过继电器自动将蓄电池切入，给设备供电。在主电源正常时，以不同模式给蓄电池充电：当电压大于设定值时，恒压充电；当电压低于设定值时，恒流充电。系统可以通过继电器对电路进行过流保护与欠压保护。系统结构简单，整体性能稳定，性价比较高。

关键词： DC?DC； 不间断电源； LM2596； 切换电路

中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）17?0107?03

0 引 言

本设计为参加学院电子制作比赛而作。指标要求：蓄电池为4.2 V，负载为5 V。为此利用开关电压调节器LM2596进行DC?DC变换，具有驱动能力强，线性较好的特点。该不间断直流电源的主要特点如下：主电源正常时，除可以给设备供电外，还可以以不同模式给蓄电池充电，当电压大于4.2 V时，切断恒流充电电路，接通恒压充电电路；当电压低于4.2 V时，保持恒流充电；恒压充电由W117和运放LM324构成，具有输出稳定，波纹小等特点。恒流充电由大功率场管IRF640和运放LM324组成，具有输出电流精度高，纹波小，输出电流受负载影响小等特点；若主电源断电，则自动将蓄电池切入，保持电源不间断。

1 系统设计方案

1.1 系统总体框图

根据系统设计要求，该不间断直流电源具有：在无交流电源时，不间断给设备供电；交流电源正常时，有恒压充电和恒流充电两种模式；综合设计要求，形成系统框图如图1所示。

1.2 DC?DC变换器方案的选择

采用开关电压调节器LM2596，能够输出3 A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性，可固定输出3.3 V，5 V，12 V三种电压， 也可实现在1.2～37 V之间的可调输出。

该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150 kHz，与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。由于该器件只需4 个外接元件，可以使用通用的标准电感，这更简化了LM2596 的使用，极大地简化了开关电源电路的设计。在特定的输入电压和输出负载的条件下，输出电压的误差可以保证在±4%的范围内，振荡频率误差在±15%的范围内。可以用仅80 μA 的待机电流，实现外部断电；具有自我保护电路（一个两级降频限流保护和一个在异常情况下断电的过温完全保护电路）。

DC?DC变换器电路如图2所示。

1.3 恒压充电电路设计

1.4 压控恒流充电电路设计

1.5 直流升压电路设计

设置直流升压电路的目的是将4.2 V升压为5 V。直流升压器的电路如图5所示，电路主要由新颖的DC?DC升压变换集成电路组成。

LTC1872是一种超小型DC?DC直流变换集成电路，效率高达90%，低功耗状态电流为270 μA，本电路实现输入4.2 V直流电压变换为输出5 V、最大负载电流为1 A的直流电压。该电路输出电压精度可为±4%。

1.6 电压采样电路设计

1.7 继电器切换电路

切换电路采用继电器控制，简洁易控，性价比高，电路如图7所示。电网电压正常时，继电器吸合K1接通，K2断开，由LM2596供电；当电网断电时，继电器释放K1断开，K2闭合，由蓄电池供电。选用的继电器型号为HRS2H?S?DC5V?N，线圈额定工作电压为5 V，触点最大耐压值直流电压为24 V，电流为3 A。

2 系统测试

3 结 语

本文不间断直流电源的设计利用LM2596和W117等芯片，较成功地实现了设计要求的功能，电路易于实现，测试结果表明电路性能较好，符合系统设计要求，具有较好的应用价值。

参考文献

[1] 全国大学生电子设计竞赛组委会.大学生电子设计竞赛训练教程[M].北京：电子工业出版社，2005.

[2] 侯崇升.采用MX107实现的循环定时开关控制电路[J].电子测量技术，2008（4）：72?74.

[3] 张晓杰，姜同敏，王栋.红外遥控节能开关插座的设计定型[J].现代电子技术，2010，33（11）：188?192.

[4] 刘青青，朱清芳.基于C8051F020单片机的数据采集电路设计[J].现代电子技术，2012，35（9）：135?136.

[5] 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.

[6] 柴保明，赵春宇.在线电能质量监测系统[J].电子测量技术，2008（7）：128?131.

[7] 赵龙，郝润科，王磊，等.基于单片机的数字智能饮水机设计[J].现代电子技术，2012，35（17）：112?115.