CN211405854U

CN211405854U - 一种数显可调式开关稳压电源

Info

Publication number: CN211405854U
Application number: CN202020175228.5U
Authority: CN
Inventors: 周杰; 雷美珍
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2020-02-17
Filing date: 2020-02-17
Publication date: 2020-09-01
Anticipated expiration: 2030-02-17

Abstract

本实用新型公开一种数显可调式开关稳压电源，包括输入滤波电路、防反接电路、欠压保护电路、过压保护电路、DC‑DC转换器、输出滤波电路、反馈电路、补偿电路、电压显示电路；供电电源通过防反接电路和输入滤波电路后与DC‑DC转换器的输入端相连；欠压、过压保护电路的输出与DC‑DC转换器的使能端相连；DC‑DC转换器的输出端通过输出滤波电路后与负载相连；反馈电路和补偿电路与DC‑DC转换器相连，通过调节滑动变阻器改变电源输出电压；电压显示电路包括ICL7107芯片以及八段共阳极数码管，DC‑DC转换器由TPS54160ADGQR芯片构成。本实用新型具有防反接的功能，输出电压数显可调、且纹波小。

Description

一种数显可调式开关稳压电源

技术领域：

本实用新型涉及直流电源技术领域，具体涉及一种数显可调式开关稳压电源。

背景技术：

稳压电源是指能为负载提供稳定的交流电或者直流电的电子装置，常用的直流稳压电源为线性稳压电源和开关稳压电源。线性稳定电源其特点在于：输出纹波较小、稳定性好、可靠性高、工作产生噪声小、瞬态响应速度快；但效率较低、发热量大。开关稳压电源通过控制调整管的通断时间实现稳压，其特点在于：体积小、重量轻、功耗小、稳压范围宽、效率高、输出纹波电压较高以及噪声较大。与线性稳压电源相比，开关稳压电源输出精度高、转换效率高、性能可靠，开关稳压最大优势在于能够大幅度减小变压器的体积和重量。

现有产品的开关稳压电源种类繁多，内部电路设计各有千秋，但通常输入接线需区分极性，一旦接线错误容易导致元器件烧毁；再者，有的开关稳压电源输出电压不可调节，或者是输出电压调节电路复杂，都会造成使用者的体验感不佳，使用受限。有鉴于此，本案由此而生。

实用新型内容：

为了弥补上述现有技术中的不足，本实用新型提供一种带电压显示的开关稳压电源，具有防反接功能，可避免输入电源接线错误导致电路以及元器件烧毁的情况；还具有控制输出电压以及控制芯片开关频率的功能。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种数显可调式开关稳压电源，包括依次电连接的输入滤波电路、防反接电路、欠压保护电路、过压保护电路、DC-DC转换器、输出滤波电路、反馈电路、补偿电路、电压显示电路，所述DC-DC转换器由TPS54160ADGQR 芯片构成，外部供电电源通过防反接电路和输入滤波电路后连接 TPS54160ADGQR芯片的VIN引脚；欠压、过压保护电路的输出端连接TPS54160ADGQR芯片的EN引脚；输出滤波电路连接TPS54160ADGQR芯片的PH引脚，反馈电路连接TPS54160ADGQR芯片的VSENSE引脚，补偿电路连接TPS54160ADGQR芯片的COMP引脚，电压显示电路ICL7107芯片的输入端连接电源输出正极，四个八段共阳极数码管与ICL7107芯片连接； TPS54160ADGQR芯片的RT引脚与地之间接有滑动变阻器R6，用于调节芯片的开关频率；反馈电路包括由电阻R7、滑动变阻器R8、电阻R9串联组成分压电路，电阻R7的一端接电源正极，电阻R7的另一端接滑动变阻器R8 的一端，滑动变阻器R8的另一端接电阻R9以及TPS54160ADGQR芯片的 VSENSE引脚，R9的另一端接地，通过调节滑动变阻器R8改变电源的输出电压。

所述防反接电路包括保险丝和肖特基二极管D1，外部输入电源Vin接保险丝一端，保险丝的另一端接肖特基二极管的阴极以及TPS54160ADGQR芯片的VIN引脚，肖特基二极管的阳极接地。

所述欠压、过压保护电路包括LM358双运放芯片、电阻R1、R2、R3、 R4，所述电阻R1、R2、R3串联组成分压电路，电阻R1的一端接12V电源，另一端接电阻R2一端以及LM358芯片的1IN+引脚；电阻R2的另一端接电阻R3一端以及LM358芯片的2IN-引脚，电阻R3的另一端接地；保险丝一端接LM358芯片的1IN-以及2IN+引脚，电阻R4的一端接12V电源，另一端接LM358芯片的1OUT引脚、2OUT引脚以及TPS54160ADGQR芯片的EN 引脚。

所述输入滤波电路包括电容C1，电容C1的正极接所述TPS54160ADGQR 芯片的VIN引脚以及保险丝的一端，电容C1的负极接地。

所述补偿电路包括电容C2、C3，电阻R5，电容C2的正极接所述TPS54160ADGQR芯片的COMP引脚以及电阻R5的一端，电容C2的负极接地，电阻R5一端接所述TPS54160ADGQR芯片的COMP引脚以及电容C2 的正极，电阻R5的另一端接电容C3的正极，电容C3的负极接地。

所述TPS54160ADGQR芯片的SS引脚与地间接有电容C4，电容C4的负极接地，电容C4的正极接TPS54160ADGQR芯片的SS引脚。

所述输出滤波电路包括电容C6、C7,电感L1和二极管D2，电感L1的一端接TPS54160ADGQR芯片的PH引脚以及二极管D2的负极，电感L1的另一端接电源正极,电容C6的正极接电源正极，电容C6负极接地，电容C7的正极接电源正极，电容C7的负极接地。

本实用新型所提供的一种带电压显示的开关稳压电源具有防反接功能，可避免输入电源接线错误导致电路以及元器件烧毁的情况；欠压、过压保护电路使电路工作只在指定工作电压范围内；设置了滑动变阻器R6，可以通过改变滑动变阻器R6的阻值来控制芯片的开关频率；设置了滑动变阻器R8，可以通过改变滑动变阻器R8的阻值来控制输出电压；通过所述电压显示电路显示电源电压。本实用新型使用TPS54160ADGQR芯片作为DC-DC转换器，优点如下：TPS54160ADGQR芯片内部集成MOSFET以降低损耗，提高效率；它具有宽泛输入、输出的优点，其输入电压范围介于3.5V至60V之间，输出电压范围介于0.8V至58V；该DC-DC转换器借助脉冲跳跃在轻负载时实现高效率Ecomode，可实现116μA低工作电流以及1.3μA关断电流，从而提高***效率和可运行时间；该DC-DC转换器具有高转换频率范围：100kHz至 2.5MHz。

附图说明：

图1为本实用新型实施例的开关稳压电源电路原理图；

图2为实施例中开关稳压电源的电压显示电路原理图；

图3为实施例中开关稳压电源的防反接保护电路原理图；

图4为实施例中开关稳压电源的过压、欠压保护电路原理图。

具体实施方式：

本实施例公开一种数显可调式开关稳压电源，其原理结构如图1至图4 所示，包括依次电连接的输入滤波电路、防反接电路、欠压保护电路、过压保护电路、DC-DC转换器、输出滤波电路、反馈电路、补偿电路、电压显示电路。其中，DC-DC转换器由TPS54160ADGQR芯片构成。外部供电电源通过防反接电路和输入滤波电路后连接TPS54160ADGQR芯片的VIN引脚；欠压、过压保护电路的输出连接TPS54160ADGQR芯片的EN引脚；输出滤波电路连接TPS54160ADGQR芯片的PH引脚，反馈电路连接TPS54160ADGQR 芯片的VSENSE引脚，补偿电路连接TPS54160ADGQR芯片的COMP引脚，电压显示电路ICL7107芯片的输入端连接电源输出正极，四个八段共阳极数码管与ICL7107芯片相应连接。

DC-DC转换器选用TPS54160ADGQR芯片，TPS54160ADGQR芯片内部集成MOSFET以降低损耗，提高效率。它具有宽泛输入、输出的优点，其输入电压范围介于3.5V至60V之间，输出电压范围介于0.8V至58V；该DC-DC 转换器借助脉冲跳跃在轻负载时实现高效率Ecomode，可实现116μA低工作电流以及1.3μA关断电流，从而提高***效率和可运行时间；该DC-DC转换器具有高转换频率范围：100kHz至2.5MHz；为了获得更加准确的欠压闭锁(UVLO)电压，TPS54160ADGQR芯片具有比TPS54160更加严格的使能阈值；具有使能和调整欠压锁定功能；输出电源纹波小，电压稳定；效率高，功耗低；集成度高，节省空间。

防反接电路如图3所示，包括保险丝和续流二极管D1，外部输入电源Vin 接保险丝一端，保险丝的另一端续流二极管D1的阴极以及TPS54160ADGQR 芯片的VIN引脚，续流二极管D1的阳极接地。其工作原理如下：当输入电源正常接入时，电路正常工作，不流过续流二极管D1；当电源方向接入时，电流经过续流二极管构成回路，此时有大电流流过会烧断保险丝，以此来保护后部分电路和芯片。

欠压、过压保护电路如图4所示，包括LM358双运放芯片、电阻R1、 R2、R3、R4，所述电阻R1、R2、R3串联组成分压电路，电阻R1的一端接 12V电源，另一端接电阻R2一端以及LM358芯片的1IN+引脚，电阻R2的另一端接电阻R3一端以及LM358芯片的2IN-引脚、电阻R3的另一端接地，保险丝一端接LM358芯片的1IN-以及2IN+引脚，电阻R4的一端接12V电源，另一端接LM358芯片的1OUT引脚、2OUT引脚以及TPS54160ADGQR芯片的EN引脚。TPS54160ADGQR芯片具有使能端，EN脚电压小于1.25V时，禁止输出。当外部电源电压在允许电压范围内时，输出高于1.25V的电压至 TPS54160ADGQR芯片的EN引脚使能芯片；当外部电源电压于处于过压或欠压状态时，输出低于1.25V(为0V)至TPS54160ADGQR芯片的EN引脚失能芯片来保护电路。电压允许范围可通过改变电阻R1、R2、R3的比值来调节。

输入滤波电路包括电容C1，电容C1的正极接TPS54160ADGQR芯片的 VIN引脚以及保险丝的一端，电容C1的负极接地。

补偿电路包括电容C2、C3、电阻R5，电容C2的正极接TPS54160ADGQR 芯片的COMP引脚以及电阻R5的一端，电容C2的负极接地，电阻R5一端接TPS54160ADGQR芯片的COMP引脚以及电容C2的正极，电阻R5的另一端接电容C3的正极，电容C3的负极接地。TPS54160ADGQR芯片的COMP 接RC网络，目的是用于优化频率响应。

TPS54160ADGQR芯片的SS引脚与地之间连接有电容C4，电容C4的负极接地，电容C4的正极接TPS54160ADGQR芯片的SS引脚。SS引脚为软启动设置引脚，SS引脚外界电容值越大，启动越缓慢。当开关电源输出滤波电容很大时，在启动过程中由于输出电压不能再短时间内上升，控制器可能会误认为输出短路故障，使用软启动，可以应对输出电压缓慢上升。对于输出滤波电路中接大的滤波电容时候应启用软启动功能，输出滤波电容越大，软启动电容C4应越大。

TPS54160ADGQR芯片的RT引脚与地之间接有滑动变阻器R6，可调节芯片的开关频率。当R6电阻为500kΩ时，开关频率约为240kHz；RT脚电阻为240kΩ时，开关频率约为500kHz。电阻与开关频率关系公式如下：

输出滤波电路包括电容C6、C7、电感L1和二极管D2，电感L1的一端接TPS54160ADGQR芯片的PH引脚以及二极管D2的负极，电感L1的另一端接电源正极，电容C6的正极接电源正极，电容C6负极接地，电容C7的正极接电源正极，电容C7的负极接地。

反馈电路包括由电阻R7、滑动变阻器R8、电阻R9串联组成分压电路，电阻R7的一端接电源正极，电阻R7的另一端接滑动变阻器R8的一端，滑动变阻器R8的另一端接电阻R9以及TPS54160ADGQR芯片的VSENSE引脚， R9的另一端接地。可通过调节滑动变阻器R8改变电源的输出电压。

电压显示电路如图2所示，包括ICL7107集成芯片、四个八段共阳极数码管、电阻R10、R11、R12、R13、R14、R15，以及电容C8、C9、C10、C11。 ICL7107芯片的26号引脚接-5V电源，2号引脚接+5V电源，21、30、32、 35号引脚接地，电阻R10一端接ICL7107芯片的39号引脚，另一端接ICL7107 芯片的40号引脚以及电容C8的正极，电容C8的负极接ICL7107芯片的38 号引脚，电容C9的正极接ICL7107芯片的34号引脚，电容C9的负极接 ICL7107芯片的33号引脚，电阻R11一端接ICL7107芯片的28号引脚，另一端接电容C10、C11的正极，电容C10的负极接ICL7107芯片的29号引脚，电容C11接ICL7107芯片的27号引脚，电源输出正极接电阻R14的一端。电阻R14的另一端接ICL7107芯片的31号引脚和电阻R15的一端，电阻R15 的另一端接地，电阻R12的一端接+5V，另一端接电阻R13以及ICL7107芯片的36号引脚，电阻R13的另一端接地，四个共阳极数码管COM端接+5V，其余管脚按图2所示与ICL7107芯片相连。

续流二极管D1以及后续的D2选用肖特基二极管，续流二极管的选择需注意以下几个方面：其最大反向电压要大于等于最大输入电压；其额定峰值电流要大于电感L1的最大电流；二极管的正向压降要越小越好；二极管的功散损耗要越小越好。肖特基二极管具有正向压降小、反向恢复时间短、耐电流大等优点，是高频和快速开关的理想器件。为满足设计要求，选择肖特基二极管型号为SS26T3G，其反向额定电压为60V，平均额定为2A。

尽管已经结合附图描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。

Claims

1.一种数显可调式开关稳压电源，其特征在于：包括依次电连接的输入滤波电路、防反接电路、欠压保护电路、过压保护电路、DC-DC转换器、输出滤波电路、反馈电路、补偿电路、电压显示电路，所述DC-DC转换器由TPS54160ADGQR芯片构成，外部供电电源通过防反接电路和输入滤波电路后连接TPS54160ADGQR芯片的VIN引脚；欠压、过压保护电路的输出端连接TPS54160ADGQR芯片的EN引脚；输出滤波电路连接TPS54160ADGQR芯片的PH引脚，反馈电路连接TPS54160ADGQR芯片的VSENSE引脚，补偿电路连接TPS54160ADGQR芯片的COMP引脚，电压显示电路ICL7107芯片的输入端连接电源输出正极，四个八段共阳极数码管与ICL7107芯片连接；TPS54160ADGQR芯片的RT引脚与地之间接有滑动变阻器R6，用于调节芯片的开关频率；反馈电路包括由电阻R7、滑动变阻器R8、电阻R9串联组成分压电路，电阻R7的一端接电源正极，电阻R7的另一端接滑动变阻器R8的一端，滑动变阻器R8的另一端接电阻R9以及TPS54160ADGQR芯片的VSENSE引脚，R9的另一端接地，通过调节滑动变阻器R8改变电源的输出电压。

2.根据权利要求1所述的一种数显可调式开关稳压电源，其特征在于：所述防反接电路包括保险丝和肖特基二极管D1，外部输入电源Vin接保险丝一端，保险丝的另一端接肖特基二极管的阴极以及TPS54160ADGQR芯片的VIN引脚，肖特基二极管的阳极接地。

3.根据权利要求1所述的一种数显可调式开关稳压电源，其特征在于：所述欠压、过压保护电路包括LM358双运放芯片、电阻R1、R2、R3、R4，所述电阻R1、R2、R3串联组成分压电路，电阻R1的一端接12V电源，另一端接电阻R2一端以及LM358芯片的1IN+引脚；电阻R2的另一端接电阻R3一端以及LM358芯片的2IN-引脚，电阻R3的另一端接地；保险丝一端接LM358芯片的1IN-以及2IN+引脚，电阻R4的一端接12V电源，另一端接LM358芯片的1OUT引脚、2OUT引脚以及TPS54160ADGQR芯片的EN引脚。

4.根据权利要求1所述的一种数显可调式开关稳压电源，其特征在于：所述输入滤波电路包括电容C1，电容C1的正极接所述TPS54160ADGQR芯片的VIN引脚以及保险丝的一端，电容C1的负极接地。

5.根据权利要求1所述的一种数显可调式开关稳压电源，其特征在于：所述补偿电路包括电容C2、C3，电阻R5，电容C2的正极接所述TPS54160ADGQR芯片的COMP引脚以及电阻R5的一端，电容C2的负极接地，电阻R5一端接所述TPS54160ADGQR芯片的COMP引脚以及电容C2的正极，电阻R5的另一端接电容C3的正极，电容C3的负极接地。

6.根据权利要求1所述的一种数显可调式开关稳压电源，其特征在于：所述TPS54160ADGQR芯片的SS引脚与地间接有电容C4，电容C4的负极接地，电容C4的正极接TPS54160ADGQR芯片的SS引脚。

7.根据权利要求1所述的一种数显可调式开关稳压电源，其特征在于：所述输出滤波电路包括电容C6、C7,电感L1和二极管D2，电感L1的一端接TPS54160ADGQR芯片的PH引脚以及二极管D2的负极，电感L1的另一端接电源正极,电容C6的正极接电源正极，电容C6负极接地，电容C7的正极接电源正极，电容C7的负极接地。