1、一种隔离式 DC/DC 开关电源的设计摘要：本文结合实例介绍了利用 LM2577 制作的一种隔离式 DC/DC 开关直流稳压电源的电路设计及相应的电路图。 关键词： DC/DC；开关电源；隔离变换器；设计；分析LM2577 是 National Semicnductor 公司生产的一种典型的升压式集成开关电源调整器，广泛应用在许多电子产品的电源电路中。它具有外接元器件少、输入直流电源电压范围宽(3.5 40V)、输出开关电流达到 3A、内部有固定频率(52kHz)振荡器、电流反馈型工作方式、有软启动、电流限制、欠压锁定和热关闭保护等功能。可以接成简单升压、隔离和多输出电压的开关电源电路。它的封
2、装有 5 引脚的 TO-220 形式与 4 引脚的 TO-3P 形式等 ,输出直流电压有 12V、15V 和可调(ADJ) 。 图 1 LM2577-ADJ 典型电路典型升压 DC/DC 电路TO-220 封装形式的 LM2577-ADJ 典型 DC/DC 升压形式的直流开关稳压电源电路图如图 1 所示。它的内部有 1.23V 和 2.5V 能隙基准电压单元、52kHz 固定频率锯齿波振荡器、RS 触发器、晶体管驱动电路和峰值电流可以达到 3A 的晶体管，还包括峰值电流采样电阻、采样电流放大器、采样电压放大器，共同组成电压、电流误差反馈系统，以达到脉冲宽度调制(PWM) 工作方式。另外，还有软
3、启动、欠压锁定、过流限制及热关断等单元。如图 1 所示的直流开关稳压电源只需要外接八个元器件就可以组成一个UoUi 的直接升压电源。其中反馈取样电阻 R1、R2 的阻值可以确定直流输出端的电压值。例如当输出直流电压为+12V 时，R1 的阻值为 17.5k,R2 为 2k。隔离式 DC/DC 开关稳压电源要求利用 LM2577 设计一个外形尺寸仅为 25.4mm25.4mm10.1mm(1 英寸1 英寸0.4 英寸)隔离式 DC/DC 开关电源模块, 用于医疗设备的隔离检测供电系统。该电源系统的具体要求如下：(1)输入端输入直流电源电压 +12V；(2)隔离双路输出直流电源电压 12V；(3)
4、输出最大平均电流 50mA；(4)输出纹波电压小于 5mV；(5)输入、输出相互隔离；(6)输入输出之间隔离击穿电压大于 2000VDC；(7)具有已经给定的保护措施。设计方案典型设计的 12V/12V 隔离式 DC/DC 开关稳压电源的电路图如图 2 所示。图中的 IC1 为 LM2577-ADJ 型的集成电路，脉冲变压器 T1 共有三个绕组：N1 为主绕组；N2 为辅助取样绕组；N3、N4 为次级绕组；圈数相同，T1 的初级、次级之间是隔离的。C1 为直流输入 12V 的滤波电容，D1 是取样绕组的整流二极管，C2 为该取样电压的滤波电容，R2、R3 是取样分压电阻，R1、C3 组成补偿网
5、络。D2、D3 是次级输出整流二极管，IC2、IC3 是小电流三端线性直流稳压电路(目的是使得输出直流电源电压更加稳定) ， C4、C5 和 C6、 C7 是次级直流滤波电容。输出对称的12V 直流电源。 图 2 典型设计电路图脉冲变压器的设计输出功率 Po=(Uo1+UF)Io1+/(Uo2+UF)/Io2=(12+2)0.05+/(-12-2)/0.05=1.4W 其中 UF 为整流二极管和三端稳压器的电压降之和。若效率 按照 75%计算，则 Pi=Po=1.475%=1.9W 设 PWM 控制最大占空比 max=0.3=30% 则初级绕组 N1 的电感量 其中的 Ui 是输入的直流电源电
6、压，f 为 LM2577 内部振荡频率。初级绕组峰值电流初级绕组电感的储能初级绕组的匝数 N1:其中 Bs 为磁感应强度，A e 为脉冲变压器磁心载面积则次级绕组的匝数 N3、N4:辅助绕组的匝数 N2:根据峰值电流的计算结果，初级绕组 N1 和次级绕组 N3、N4 均采用 0.1mm 的高强度漆包线绕制，辅助绕组 N2 同样采用 0.1mm 的高强度漆包线绕制。层间用 0.1mm 的聚脂薄膜绝缘。脉冲变压器T1 采用 TDK 公司生产的 EU35 高频磁心,它是罐形磁心，高度是 8mm，满足要求。为了防止磁通饱和上下两个罐形磁心之间垫有 0.1mm 的聚脂薄膜两层。输入滤波电容 C1C1 设
7、计为 330 F 耐压 16V。输出滤波电容 C4、C5C4、C5 设计为 330F 耐压 16V。R1、C3 的设计R1、C3 构成了一个使 LM2577 电压调整器保持稳定的极 2 零点补偿网络，它们的数值主要取决于反馈取样电压调整器的增益、最大直流输出电流 Iomax、L1 和 C4、C5。调试典型的测试电路如图 3 所示，为了检测输出特性，12V 输出端子各自接入一个假负载电阻，按照下面公式确定其参数。P=UoIomax=120.05=0.6W 1W 图 3 测试电路输出电压值纹波输入电源电压在 3.5 到 40V 之间变化，利用示波器检测两路输出电压值为11.9 12.2V 之间，误
8、差最大为 1.7%,满足要求。输出纹波为 5mV，基本看不出毛刺，也满足要求。短路实验将两路输出直接短路，电源模块内部的 LM2577 过流保护电路起作用，没有明显过热变化，持续 20 分钟，仍然没有损坏，恢复原来的测试电路，仍然能够正常工作，因此认为设计合理。实际应用该电源做成一种模块形式,直接焊接在电路板上面，次级的12V 直流电源通过大约 3m 长的电源传输线送到检测器，作为隔离检测电路的电源使用；而检测信号则反向通过光电耦合器送回到检测仪器部分，整个传输线利用带有屏蔽的多芯电缆。该系统的电路结构方框图如图 4 所示。 图 4 系统结构方框图结束语利用 LM2577-ADJ 可以方便地制作小型隔离开关稳压电源模块，电路简单,体积很小、效率可以达到 85%以上,稳压效果很好。同时具有多种保护措施，经过脉冲变压器的绝缘材料作用，主体电路与检测电路之间可实现良好的隔离。制作中的关键是脉冲变压器的体积决定整个电源的尺寸
