36V2A数控开关稳压电源设计

(天津工业大学信息与通信工程学院，天津300160) [摘要】 本文设计的开关稳压电源系统采用基于KA3525PWM控制芯片的推挽式功率变换器，实现了28V～38V连 续可调的直流稳定输出电压，并通过凌阳SPCE06IA精简开发板实现了电压的步进值为1的调整和输出电压的LCD显示。 经测试。系统各项技术指标均达到设计要求。 [关键词] 开关电源；推挽式功率变换器；PWM；KA3525；IRF540 ### 36V/2A数控开关稳压电源设计知识点详解 #### 1. 引言 开关稳压电源作为一种高效、集成度高的电源解决方案，在众多电子设备中扮演着重要角色，尤其是在便携式系统中逐渐取代了传统线性稳压器的地位。随着便携式设备的发展，对电源效率和体积的要求越来越高，这也促进了开关稳压电源技术的进步。 #### 2. 方案论证 ##### 2.1 功率变换器的选择 **方案一：半桥式功率变换器** - **优点**：变压器利用率高，功率管电压应力低。 - **缺点**：需要两个大容量的电解电容，开关管峰值电流大，环流能量大，驱动电路相对复杂。 - **适用场景**：适用于功率较大的场合。 **方案二：推挽式功率变换器** - **优点**：在低输入电压时，只有单个开关元件工作，降低了开关损耗，驱动电路简单。 - **缺点**：无明显提及。 - **适用场景**：特别适用于需要升压变换的场合。 - **结论**：根据设计需求，选择了推挽式功率变换器。 ##### 2.2 控制芯片的选择 **方案一：TI TIA94控制芯片** - **优点**：设计灵活，死区时间控制可靠。 - **缺点**：驱动能力较弱，不适合驱动MOS管。 - **适用场景**：不明确。 **方案二：KA3525控制芯片** - **优点**：提供灵活的死区时间设置和稳定的基准源，具有强大的驱动能力。 - **缺点**：未提及。 - **适用场景**：完全满足设计需求。 - **结论**：选择KA3525作为控制芯片。 ##### 2.3 数控电路方案选择 **方案一：MCS-51系列单片机** - **优点**：应用领域广泛，技术成熟，软件编程灵活。 - **缺点**：处理速度慢，外围电路复杂，成本较高。 - **适用场景**：不适用于需要高精度和低成本的设计。 **方案二：凌阳SPCE061A单片机** - **优点**：体积小，集成度高，运行速度快，内部集成了A/D和D/A转换器，简化硬件电路，提高测量精度。 - **缺点**：未提及。 - **适用场景**：适用于需要智能化控制、简化硬件电路、提高测量精度的场合。 - **结论**：选择凌阳SPCE061A单片机。 #### 3. DC-DC变换器拓扑及PWM波控制电路 ##### 3.1 推挽式功率变换器 推挽式功率变换器采用激励型MOS管作为功率放大级。控制芯片KA3525及其外围电路组成驱动电路，用于吸收开关管关断时产生的电压尖峰。KA3525的11、14脚交替输出触发脉冲，控制Q1、Q2交替导通，实现直流到交流的逆变。交流信号再经过整流桥BR1和滤波电容C2、C3转变为直流信号，完成DC-AC-DC的变换过程。 ##### 3.2 控制芯片KA3525 **（1）稳压电路** RI、R3、R7控制误差放大器的同相输入端和反向输入端电压值。输出电压经电阻采样并与电位器R7设定的KA3525的2脚电压进行比较，以此调整KA3525输出的脉宽来稳定输出电压。 **（2）PWM波频率控制电路** KA3525的5脚和6脚用于PWM波频率控制。5脚外接定时电容C3，6脚外接定时电阻R4。通过改变R4、C3的值可以调节输出PWM波的频率，计算公式为：\[F = \frac{1}{0.7(R_T + 3R_D) * C_T}\] 其中，F为时钟频率（单位为kHz），R_T为外接电阻R4（单位为Ω），R_D为引脚6、7间跨接的电阻值（单位为Ω），C_T为外接电容C3（单位为μF）。 **（3）过流保护** KA3525还具备过流保护功能，当检测到电流超过预设值时，能够自动关闭输出，保护电路免受损坏。 本设计中的开关稳压电源系统采用基于KA3525 PWM控制芯片的推挽式功率变换器，能够实现28V～38V连续可调的直流稳定输出电压，并通过凌阳SPCE061A精简开发板实现了电压的步进值为1的调整和输出电压的LCD显示，符合设计要求。