开关稳压电源助力农业自动化

 　引言

      近年来，随着我国农产品需求量的增加，农业自动化水平的提高，以及大量农业机械、电气照明和温控设备的增加，农业电耗逐年增加，生产成本不断提高。随着电子技术的迅猛发展，开关稳压电源已作为一种较理想的电源为人们所使用，其运用功率变换器进行电能变换，能够在满足各种农业用电的前提下，降低电耗，其高效节能可带来巨大的农业经济效益。然而当前的农业用开关稳压电源，虽然体积小，效率高，但输出电压的纹波较大 ,难以保证输出电压高稳定性，常常影响农用机械和电气设备的连续生产，反而增加了耗能。为此，本文提出一种新的带过载保护的开关稳压电源设计方案，能为农用大型机械和农业照明设备电路提供稳定的电源，具有比较广阔的应用和发展前景。

　　1 　方案论证

　　1. 1 　DC2DC主回路拓扑电路方案论证

　　目前，DC2DC 主回路设计方案可考虑的方案有3 种。

　　（1） 单端正激式电路。该电路的电路原理图如图1 所示。

　　该方案结构简单，成本低，但变压器铁心易磁化，MOS 管导通时向负载供电，变压器并没有实现充分利用，效率不高，而且输出电压纹波大。该方案实现简单，目前为大部分农业机械和电器设备采用，但难以保证稳定持续的工作，应用效果并不理想。

　　（2） 全桥整流式电路。图2 所示为全桥整流式电路。该方案采用了4 个MOS 管，工作时对管同时导通，半周期内Q1、Q3 导通，Q2、Q4 截止，然后Q2、Q4 导通，Q1、Q3 截止。这样的工作方式使每半周期都有2 个MOS 管来分压，对MOS管的耐压要求就降低了，适用于高压场合，但由于使用了4个MOS 管，使得损耗功率增加，开关损耗同时增加。考虑到农业机械一般功率较大，采用该方案必然降低电能利用率，导致大量的能耗损失。

 　引言

      近年来，随着我国农产品需求量的增加，农业自动化水平的提高，以及大量农业机械、电气照明和温控设备的增加，农业电耗逐年增加，生产成本不断提高。随着电子技术的迅猛发展，开关稳压电源已作为一种较理想的电源为人们所使用，其运用功率变换器进行电能变换，能够在满足各种农业用电的前提下，降低电耗，其高效节能可带来巨大的农业经济效益。然而当前的农业用开关稳压电源，虽然体积小，效率高，但输出电压的纹波较大 ,难以保证输出电压高稳定性，常常影响农用机械和电气设备的连续生产，反而增加了耗能。为此，本文提出一种新的带过载保护的开关稳压电源设计方案，能为农用大型机械和农业照明设备电路提供稳定的电源，具有比较广阔的应用和发展前景。

　　1 　方案论证

　　1. 1 　DC2DC主回路拓扑电路方案论证

　　目前，DC2DC 主回路设计方案可考虑的方案有3 种。

　　（1） 单端正激式电路。该电路的电路原理图如图1 所示。

　　该方案结构简单，成本低，但变压器铁心易磁化，MOS 管导通时向负载供电，变压器并没有实现充分利用，效率不高，而且输出电压纹波大。该方案实现简单，目前为大部分农业机械和电器设备采用，但难以保证稳定持续的工作，应用效果并不理想。

　　（2） 全桥整流式电路。图2 所示为全桥整流式电路。该方案采用了4 个MOS 管，工作时对管同时导通，半周期内Q1、Q3 导通，Q2、Q4 截止，然后Q2、Q4 导通，Q1、Q3 截止。这样的工作方式使每半周期都有2 个MOS 管来分压，对MOS管的耐压要求就降低了，适用于高压场合，但由于使用了4个MOS 管，使得损耗功率增加，开关损耗同时增加。考虑到农业机械一般功率较大，采用该方案必然降低电能利用率，导致大量的能耗损失。

　　（ 3） 双管推挽放大电路。图3所示为双管推挽放大电路。该方案采用了2 个MOS 管轮流导通，比采用4 个MOS管损耗低，而且输出电压比单端方式的要稳，为达到设计所需要的效率，本文选用了该方案。

　　1. 2 　控制方法及方案论证

　　1. 2. 1 　键控、稳压及显示控制

　　常用的方案有2 种。

　　（1） 数字芯片方案。采用数字电路搭建控制平台，用tlc4066 与74ls07 通过按键用74ls07 计数，并通过4066 来选通分压电阻的电压，输入给PWM芯片，从而控制输出电压。用A/ D 采样给数码管显示，但A/ D 控制不易实现而且显示部分电路难以实现。

　　（2） 嵌入式方案。采用51 单片机小系统板对PWM芯片进行控制，并对A/ D 和D/ A 进行控制和采样。采用以7279 为核心的按键扫描显示模块进行键控和显示。该方案编程比较容易，控制很方便，显示也很容易实现。经综合比较考虑，笔者选择采用嵌入式解决方案。

　1. 2. 2 　PWM芯片的选取

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