開關(guān)電源具有體積小，重量輕、效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此開關(guān)電源在計(jì)算機(jī)、儀器儀表、工業(yè)設(shè)備、通信及家用電器等方面廣泛應(yīng)用。目前市售開關(guān)電源多為輸出電壓固定，調(diào)節(jié)范圍小，可靠性不高等缺點(diǎn)，為此，采用SEPIC變換器設(shè)計(jì)開關(guān)電源，實(shí)現(xiàn)低壓寬范圍無極調(diào)壓，控制電路簡單，可用于無極調(diào)壓且要求精度高的供電設(shè)備。

一、總體方案分析和設(shè)計(jì)

市電220V首先經(jīng)過變壓器降壓后，通過整流、濾波轉(zhuǎn)換為直流電。由于整流、濾波輸出后的電壓較高，首先進(jìn)行直流電壓的一次降壓，然后供給升降壓SEPIC變換器，采用電位器實(shí)現(xiàn)無極電壓調(diào)節(jié)，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片采集電壓、電流并顯示。另外，輸出回路增加過流保護(hù)。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案框圖如圖1-1所示。

二、開關(guān)電源電路設(shè)計(jì)

（一）SEPIC轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)

SEPIC轉(zhuǎn)換器又稱為升降壓轉(zhuǎn)換器，是本開關(guān)電源的重要組成部分。選用XL6009開關(guān)升降壓型DC-DC芯片，固定開關(guān)頻率400KHZ。超寬輸入電壓5~32V，超寬輸出電壓1.25~30V，具有自動(dòng)升降壓功能，在工作范圍內(nèi)任意電壓輸出均可穩(wěn)壓任意電壓輸出，最大輸出電流為4A。原理圖如圖2-1所示。

由圖可知XL6009芯片5腳為反饋端，4腳為電壓輸入端，3腳為功率輸出端，2腳為內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)端，不用可懸空，1腳為接地端。輸入端需并聯(lián)電解電容以消除噪聲。由于輸入電壓最高32V，考慮各種因素，選擇35V，220uF的固態(tài)電容，并且再并聯(lián)一個(gè)瓷片電容以進(jìn)行高頻去耦。若輸出電壓最大為30V，需保證有一定的裕量，故選擇50V，220uF的固態(tài)電容，且再并聯(lián)一個(gè)瓷片電容以配合。因電感器對輸出紋波有直接影響，通過計(jì)算兩個(gè)電感均選擇47UH。輸出電壓可調(diào)主要是依靠反饋電阻R1，R2的比值，R2為可調(diào)電位器，R1為固定阻值電阻。通過調(diào)節(jié)R2即可調(diào)節(jié)輸出電壓，得到5~30V之間的任意寬范圍電壓。

（二）TLC2543A/D轉(zhuǎn)換采集電路設(shè)計(jì)

A/D轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)對開關(guān)電源輸出回路進(jìn)行電壓、電流實(shí)時(shí)檢測，及時(shí)將檢測值送給主控芯片，再由主控芯片對回路進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。A/D轉(zhuǎn)換采集電路圖如圖2-2所示。由圖2-2可知，TLC2543A/D轉(zhuǎn)換芯片11路模擬輸入端口外接所要檢測的值，電源的正負(fù)極接一去耦電容，以減小輸入芯片的電源紋波。轉(zhuǎn)換芯片還需個(gè)基準(zhǔn)電壓才能進(jìn)行正常的A/D轉(zhuǎn)換，此部分可直接板載電壓或也可用一精準(zhǔn)的基準(zhǔn)電壓。雖然外圍電路簡單，但因是一片較為敏感的芯片，尤其在高速轉(zhuǎn)換時(shí)，極易受到外界干擾使轉(zhuǎn)換值不準(zhǔn)確，這就要求其芯片底部盡可能不要有信號線或電源線接近。

（三）電壓衰減電路設(shè)計(jì)

開關(guān)電源若輸出可調(diào)電壓5~30V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于A/D轉(zhuǎn)換芯片的模擬輸入量，需對其進(jìn)行降壓才能輸入給轉(zhuǎn)換芯片，這就采用分壓電路。電壓衰減電路可分為運(yùn)放負(fù)反饋衰減和分壓衰減。通過對比發(fā)現(xiàn)分壓衰減電路較簡單，分壓衰減即是通過兩個(gè)電阻串聯(lián)對電壓進(jìn)行比例分配。其分壓電路如圖2-3所示。

圖2-3分壓電路原理圖

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

（一）開關(guān)電源輸出電壓、電流測量

改變SEPIC電路中R2，測量R2阻值，理論計(jì)算輸出電壓值，通過LCD12864觀察實(shí)際顯示電壓、電流值，觀察電源輸出電壓范圍和電流，理論計(jì)算值與實(shí)際測量結(jié)果如表3-1所示。

由上表觀察，設(shè)計(jì)的開關(guān)電源輸出電壓可在5V到30V范圍內(nèi)無極調(diào)壓，輸出電流最大值2A，誤差在允許范圍內(nèi)。引起誤差的原因較多，所用A/D轉(zhuǎn)換芯片為12位精度，即每一個(gè)數(shù)字量對應(yīng)0.0012V的模擬電壓量，很小的波動(dòng)都會(huì)引起顯示數(shù)值波動(dòng)。另外，由于電路中本來存在高噪聲，大紋波，造成顯示的電壓值在一定誤差范圍內(nèi)波動(dòng)，這都屬于正?，F(xiàn)象。

四、結(jié)語

通過輸出電壓電流測量以及可靠性試驗(yàn)測試，設(shè)計(jì)的無極調(diào)壓開關(guān)電源可以滿足5V~30V的電壓調(diào)節(jié)，輸出最大電流2A，精度達(dá)到0.01，其出現(xiàn)誤差都在允許范圍內(nèi)。本電路輸出的電壓電流都在理論設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，達(dá)到了預(yù)期效果，實(shí)現(xiàn)了電源無極調(diào)壓，為設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠的電源。