實(shí)用開關(guān)穩(wěn)壓電源

1、實(shí)用開關(guān)穩(wěn)壓電源 摘要：本電路是使用UC3525GA為主控制芯片的開關(guān)電源。電源具有較寬的輸入電壓9V32V，穩(wěn)定的輸出電壓27V30V可微調(diào)。由主輸出電路、控制電路以及采樣比較放大三大部分組成。關(guān)鍵詞：開關(guān)電源 UC3525A 脈寬調(diào)制（PWM） 開關(guān)頻率 過壓比較設(shè)計(jì)要求：1、 電源輸入電壓在9V32VDC時(shí)具有穩(wěn)定的輸出電壓30VDC2、 最大輸出電流不小于7.5A3、 具有完善的保護(hù)功能：有短路、過壓、過流、欠壓保護(hù)引入：電源是各種電子設(shè)備的核心。電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障就會(huì)使整個(gè)電子設(shè)備不能工作，因此電源系統(tǒng)質(zhì)量的優(yōu)劣和可靠性直接決定著整個(gè)電子設(shè)備的質(zhì)量。另外，電子設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品也都要考

2、慮節(jié)能的問題。對于多數(shù)電子設(shè)備而言，節(jié)能的潛力主要在于電源系統(tǒng)，所以一款好的電源產(chǎn)品不僅關(guān)系到電子設(shè)備的正常工作也關(guān)系到環(huán)保等諸多領(lǐng)域。一、方案設(shè)計(jì)1、 提出方案根據(jù)設(shè)計(jì)要求，查閱相關(guān)資料設(shè)計(jì)了如下方案：主 電 源 電 路過流比較放大電路控制電路過壓比較采樣電路該方案是由控制電路來控制住電路的輸出，通過采樣電路對主電路的采樣，并將采樣信號進(jìn)行比較放大最后輸入控制電路，作為控制電路控制依據(jù)。二、單元電路設(shè)計(jì)本電路由主電源電路、控制電路、采樣電路、過壓、過流比較電路放大電路組成。下面對個(gè)單元電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。（一）、控制電路1、 UC3525A的結(jié)構(gòu)圖： 各管腳功能如下：1（INV）腳：放大器同

3、相輸出 2（NI）腳： 放大器反向輸出3（Svnc）腳：同步 4（Ose）腳：振蕩輸出5（CT）腳：定時(shí)電容 6（RT）腳：定時(shí)電阻7（Disch）腳：放電 8 (S.S) 腳：軟啟動(dòng)9 (Comp) 腳：頻率補(bǔ)償 10 (Shut) 腳：關(guān)斷11 (OUTA) 腳：輸出A 12 (GND) 腳：地13 (Ve) 腳：發(fā)射極電壓 14 (OUTB) 腳：輸出15 (Vin) 腳：電壓輸入 16 (Vref) 腳：基準(zhǔn)電壓 本開關(guān)電源使用UC3524A開關(guān)電源集成控制器。采用了先進(jìn)的脈寬調(diào)制（PWM）控制，工作頻率高于100KHz；工作電壓范圍為：640V，內(nèi)部基準(zhǔn)電壓為5V，基準(zhǔn)負(fù)載能力達(dá)50

4、mA；內(nèi)開路集電極，發(fā)射極驅(qū)動(dòng)管的最大輸出電流為100mA；工作溫度為070。其改進(jìn)型UC3525A與原型相比有以下7點(diǎn)獨(dú)到之處：1、 內(nèi)部設(shè)置欠壓鎖定電路和軟啟動(dòng)電路為了是PWM電路在欠壓狀態(tài)下（Vin<8V）有效地使輸出保持關(guān)斷狀態(tài)，UC3525A電路中設(shè)置了欠壓鎖定電路，當(dāng)Vin>2.5V之前，欠壓鎖定電路即開始工作，直到Vin=8V。在Vin達(dá)到8V之前，電路內(nèi)部各部分都已建立正常的工作狀態(tài)，而當(dāng)Vin從8V降至7.5V時(shí)，欠壓鎖定電路則又開始恢復(fù)工作，這里僅有0.5V的固定滯后電壓以消除鉗位電路在閥值處的振蕩。2、 采用輸出限流和關(guān)斷電路UC3525A刪除了UC3525中

5、使用的電路限制放大器電路，它采用關(guān)斷控制電路進(jìn)行限流控制，包括逐個(gè)脈沖電流限制和直流輸出電流的限制。一般過去是將過流脈沖信號送至關(guān)閉控制端10腳。當(dāng)10腳電壓超過0.7V時(shí)，芯片將進(jìn)行限流操作；當(dāng)10腳電壓超過1.4V時(shí)，將使PWM鎖存器關(guān)斷輸出，直到下一個(gè)時(shí)鐘周期才能恢復(fù)；如果10腳信號持續(xù)時(shí)間較長，則由軟啟動(dòng)電路重新啟動(dòng)電路工作。由于芯片內(nèi)部速度極快故通過10腳可以達(dá)到逐個(gè)過流脈沖限制的功能。3、 設(shè)有基準(zhǔn)電源UC3525A內(nèi)部設(shè)有高精度的基準(zhǔn)電壓源，精度為5V±50mV，免除了放大器反饋中的電位器調(diào)整。4、 誤差放大器UC3525A中的誤差放大器由參考電壓Vref供電該為由輸入

6、電壓Vin進(jìn)行供電，從而擴(kuò)大了誤差放大器的共模電壓輸入范圍。5、 脈寬調(diào)制比較器脈寬調(diào)治比較器增加了一個(gè)反相輸入端，誤差放大器和關(guān)斷電路各自送至比較器的信號采用不同的輸入端，這樣就避免了關(guān)斷電路對誤差放大器的影響，而且誤差放大器的輸出還原取與起補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。比較器的輸出送到PWM鎖存器，然后再送到雙路輸出的或非門。該鎖存器由關(guān)斷置位，并由時(shí)鐘脈沖復(fù)位。這樣它可以保證每周期內(nèi)只有PWM比較器送來的單脈沖，而將誤差放大器上的噪聲及系統(tǒng)所以的振蕩消除掉。當(dāng)一個(gè)電信號引起電路關(guān)斷時(shí)，即便該信號消失，鎖存器仍可維持在一個(gè)周期關(guān)斷輸出，直到下一個(gè)周期的時(shí)鐘信號使鎖存器復(fù)位時(shí)為止。所以，關(guān)斷電路能有效地控制輸出

7、。6、 圖騰柱式輸出級UC3525A最大的改進(jìn)是它的輸出結(jié)構(gòu)。它首先確定了輸出電平或者是高電平或者是底電平；其次，它可使輸出級更快地關(guān)斷，用以驅(qū)動(dòng)功率MOS器件。輸出級允許流出或吸收電流超過200mA。7、 UC3525A的基本參數(shù) UC3525A最大輸入電壓40V，輸出管集電極電壓40V，基準(zhǔn)電源輸出電流50mA，基準(zhǔn)電壓5.1V，最低工作頻率120Hz，最高工作頻率400KHz，輸出端底電平0.2V，輸出端高電平19V。 控制電路由UC3524A開關(guān)電源集成控制器各管腳組成，其電路圖1所示圖1控制電路 控制電路的原理：開關(guān)電源的開關(guān)頻率由5腳所接的定時(shí)電容CT、RD和6、7腳所接的定時(shí)電阻

8、RT以及所決定其開關(guān)頻率計(jì)算公式為：f = 1 / CT(0.7RT + 3RD) = 1/2200P(0.7×51+3×3.9K)38.731KHz輸出電壓經(jīng)采樣放大，經(jīng)N2A與5V基準(zhǔn)電壓比較控制UC3525A的8腳實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。 由采樣放大電路取得的信號控制2腳的電位，來控制輸出脈寬的占空比，來最終達(dá)到控制輸出電壓的目的。15腳及13腳分別為芯片電源輸入端和圖騰柱式輸出集電極電壓，16腳經(jīng)C13、C23濾波提供5V基準(zhǔn)電壓。脈沖信號由11、14腳輸出，12腳為接地端。（二）、主電源電路 主電源電路主要由隔離變壓器T2與T1組成，其電路圖2所示圖2主電源電路主電源工作原理

9、：由控制信號通過1：1隔離變壓器（T2）耦合，經(jīng)V1、V2放大輸入場效應(yīng)管Q1、Q2再次放大，再由T1進(jìn)行變壓，最后整流、濾波輸出。（三）、采樣電路：電路由R17、R36、R18、RT1組成電壓采樣：由分壓公式可推出，運(yùn)放N2B6腳電壓=R18/（R17+R18）*Uo=20/（100+20）*305V電流采樣是來自RT1電阻上所流過電流產(chǎn)生的壓差信號。（四）、過流比較電路：過流比較電路主要由N1（LM358）和N2（LM358）兩個(gè)集成運(yùn)算放大電路組成，其電路圖3所示圖3過流比較電路過流比較電路原理：采自RT1兩端的取樣信號從N1A的2、3腳輸入經(jīng)過約-147倍（-R29/R26）放大后與N

10、1B的5腳的基準(zhǔn)5V電壓進(jìn)行比較，如高于5V則表示過流輸出底電位，低于5V則輸出高電位，并其送入放大電路。（五）過壓比較電路過壓比較電路由運(yùn)放芯片N2（LM358）第5腳第7腳運(yùn)放組成，電路如圖4所示。圖4過壓比較電路過壓比較電路原理：將采樣的信號與5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，如高于5V基準(zhǔn)電壓則表示過壓，輸出端為低電位，低于5V基準(zhǔn)電壓則輸出端為高電位。（六）、放大電路放大電路主要由V6、V3、V4三只（2N2907）晶體管和C6與C22組成，電路如圖5所示。圖5放大電路放大電路原理：如過流、過壓信號任一為低電位則V3或V4將導(dǎo)通使控制信號輸出為低電位，從而將芯片2腳的電位拉低，最終達(dá)到控制輸出信

11、號脈寬的目的。其中C6、C22組成電子濾波器，用來消除干擾信號。三、整機(jī)工作原理：本電路是一個(gè)開關(guān)電源?；竟ぷ髟硎峭ㄟ^采樣輸出端的電壓、電流值，并將其進(jìn)行放大等處理，來控制芯片2腳電壓的平均值，使芯片輸出脈沖的占空比發(fā)生變化，從而改變輸出電壓的平均值，來達(dá)到穩(wěn)壓的作用。即脈寬調(diào)制（PWM）。如下圖所示：整機(jī)安裝與調(diào)試1、 整機(jī)原理圖：（見上頁）圖6所示2、 安裝與調(diào)試：A、元件選擇元件具體型號見原理圖。T1為1：1隔離變壓器，3個(gè)線圈個(gè)繞13匝。Q1、Q2需要加裝散熱片。主電源電路粗線處為大電流流經(jīng)處，需要加寬銅箔。所有電阻均采用金屬膜電阻。電容除C22需采用4.7u鉭電容，其余電解電容、

12、瓷片電容等。 B、調(diào)試按原理圖焊接各元件，經(jīng)過檢查無誤后可接通電源。輸出端應(yīng)有30V左右電壓，調(diào)節(jié)R36使輸出為30V。測量UC3525A的15腳，應(yīng)為12V，16腳應(yīng)為5V。用示波器觀察11、14腳應(yīng)看到38KHz左右信號。 C、檢測 輸入低電壓檢測、輸入高電壓檢測、AC/DC15V2A開關(guān)穩(wěn)壓電源輸入檢測，都將電池組合充電器的功能開關(guān)拔至內(nèi)電位置，打開36V/15A直流電源，緩慢調(diào)節(jié)直流電源的電壓旋鈕，觀察四位半數(shù)字電壓表，當(dāng)電壓升至32V時(shí)停止調(diào)節(jié)直流電源的電壓旋鈕。再觀察控制面板及六位半多功能數(shù)字電壓表，數(shù)字電壓表電壓是否緩慢上升，當(dāng)達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)時(shí)，調(diào)節(jié)輸入電壓在932V內(nèi)，輸出

13、電壓應(yīng)不變。3、 電路主要性能參數(shù)：電源輸入電壓：9V32VDC輸出電壓：30VDC最大輸出電流：不小于7.5A輸出響應(yīng)時(shí)間：小于10ms4、輸出技術(shù)指標(biāo) 內(nèi)電： 輸出電壓：25.2V（20V28.7V）電池組當(dāng)前電壓； 最大輸出電流：不小于7.5A； 電池組滿容量：大于1800mAh； 電池組循環(huán)壽命：大于500次（容量大于80%）； 輸出響應(yīng)時(shí)間：小于10ms。 外電：輸出電源的各項(xiàng)指標(biāo)與輸入電源的各項(xiàng)指標(biāo)相同。5、其它功能在使用內(nèi)電時(shí)具有下列保護(hù)功能1) 具有短路保護(hù)功能：當(dāng)輸出電流大于8A10A時(shí)保護(hù)；2）具有欠壓保護(hù)功能：當(dāng)輸出電壓小于15.75V20V時(shí)保護(hù);3) 具有過壓保護(hù)功能

14、：當(dāng)輸入電壓上升到29.75V時(shí)保護(hù)。6、 元件清單電阻：0.05 5.6*2 10*2 51 430*2 680*2 3.9K 10K*3 20K 33K*2 68K*3 100K*4 0-2K共25只電容：2200PF 33N*2 220N*4 0.01uF*7 0.1uF*2 4.7uF 膽電容 100uF/16V*2 220uF/50V 220uF/25V 1000uF/50V共22只三極管：2N2907*3 2N2222二極管：972*2 IN4148*5 DIODE*2場效應(yīng)管：45N20*2其他：運(yùn)放LM358*2 集成穩(wěn)壓模塊7812 開關(guān)電源集成控制器：UC3525A 變壓器*2電感1只 導(dǎo)線 實(shí)驗(yàn)板等四、總結(jié)本電路經(jīng)過本人多次改進(jìn)，參考了現(xiàn)在實(shí)際電路通用的做法，在現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)下各項(xiàng)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到技術(shù)要求，但由于時(shí)間倉促，以及本人自身水平有限，電路中還有些技術(shù)方面還可以進(jìn)一步加強(qiáng)。如沒有指示燈等輔助電路，增強(qiáng)可控性在今后設(shè)計(jì)中有待改進(jìn)。五、參考文獻(xiàn)【1】新型電源電路應(yīng)用實(shí)例 薛永毅主編 電子工業(yè)出版社 2001年10月 第一版【2】新型開關(guān)電