（汉口学院机械电子工程学院 湖北武汉 430212）
摘要：随着电源技术的飞速发展，开关电源以其功耗小、体积小、重量轻等优点得到了广泛的应用。目前开关电源也正在朝着集成化与多功能化的方向发展。本文以大学生电子设计为背景，介绍一种性价比高、功能较强的实用开关电源设计方案。设计内容为设计具有单路恒压输出功能的开关电源，输出电压范围为0 ~ 15 V，步进100 MV，输出电流不小于1A，纹波300 MV以下，调整过程用单片机完成，并提供数据。
关键词：电源；多功能；硬件电路设计
如今，人们很享受电子设备的便利，但任何电子设备都有一个共同的电路——电源电路。大到超级计算机，小到袖珍计算器，所有的电子设备必须得到电源电路的支持才能正常工作。当然，这些电路的风格和复杂性各不相同。超级计算机的动力电路本身就是一个复杂的电力系统。通过这个电力系统，超级计算机的各个部分都可以连续稳定，满足各种复杂规格的供电。袖珍计算器是一个简单得多的电池电源电路。
设计内容为单通道恒压输出功能的开关电源，输出电压范围为0 ~ 15v，输出电流不小于1 A，脉动300mv，调整过程用单片机完成，并提供数字显示功能。要求是:电源有升压功能:输入为5v，当负载电流为1a时输出电压。它具有延时输出的功能，避免触电。它具有防止丢失内存的功能，可以存储上次设置的参数。
1.总体方案
1.1技术基础
通过这个电力系统，超级计算机的所有部件都可以提供稳定的电源，并满足各种复杂的规格。袖珍计算器是一个简单的电池电源电路。然而，你不应该低估电池供电电路。新型电路具有电池能量提醒、断电保护等先进功能。可以说，电源电路是所有电子器件的基础。没有电源电路，就不会有如此广泛的电子设备。
由于电子技术的特点，电力电路的电子器件的要求是提供连续的稳定性，满足负载的要求，通常需要稳定的直流电源。提供这种稳定直流电源的电源是直流稳压电源。直流稳压电源在供电技术中起着非常重要的作用。此外，许多电子发烧友的第一学习阶段是解决电源的问题，否则电路无法工作，电子产品无法进行，学习将无法谈论。
1.2方案设计
开关电源控制核心模块，包括开关电源控制器和必要的外围电路、反馈回路和继电器开关电路。该模块的功能是完成开关电源的最基本功能。开关电源控制器采用LM2576，这是一种具有可调电压输出的开关电源控制芯片，具有内置的PWM控制电路和驱动管，具有成本效益。该芯片的最大输入电压为37V，输出可通过反馈电阻分压调节在1.25V~ 35V范围内，输出电流可达3A，满足问题的设计要求。反馈回路中的差分放大电路采用CMOS集成的op-amp TLC2262，功耗低，精度高，输出范围宽，线性度好，适合在设计电路中应用。
单片机控制模块，包括单片机和相应的A/D、D/A转换模块、继电器切换控制模块、人机交互界面。该模块用于单片机输出D/A转换信号和继电器开关控制信号，控制核心开关电源模块，实现程序控制升压、降压和电路切换功能。该模块的单片机采用C8051F330D，是一种增强型51内核单片机，集成了10个ADC和10个DAC，满足设计精度要求。人机交互界面采用CH452L集成数字管显示和键盘控制器，完成数据显示和键盘输入功能，扩展请求中的参数是内存函数，由串行E2PROM芯片AT24C08完成。
辅助电源模块完成了220V电源对系统的增压、整流和压降。通过直流辅助电源模块输出整流器提供两种方式,一直到开关电源的核心模块提供足够的能量输出,另一个路由LM2576 LM1117监管单片机和其他控制模块控制需要提供一个低电压直流电(dc)。
2.技术指标
直流稳压电源技术指标可分为两类:一是特征指标，反映直流稳压电源的固有特性，如输入电压、输出电压、输出电流和输出电压调节范围;另一种是质量指数，它反映了直流稳压电源的优点和缺点，包括稳定性和等效的内阻。(输出电阻)，纹波电压和温度系数。
3.硬件电路
3.1降压电路的设计
由LM2576组成的降压电路如图2所示。在R1和R2采样后，输出电压被发送到减法器的正输入端，负极连接到VRET。VRET信号是MCU给出的电压信号，得到输出- D/A转换电压的采样电压。错误信号被添加到参考电压(VREF) 1.23v，结果被发送到LM2576的反馈端。当输出电压下降由于某种原因,采样电阻压降,低于D / A转换信号给定的参考电压,减法器的输出小于1.23 V,信号发送到LM2576反馈后,开关信号的占空比的增加,电感储能增加,输出电压上升,最终使输出电压稳定。这个反馈循环的性质仍然是负面的反馈，并且符合LM2576的要求。
相比传统的直接反馈,反馈电路是复杂性较高的设计,这种设计主要是有以下原因:首先是单片机控制的方便,只要改变D / A转换输出电压反馈回路,自动采样输出电压接近D / A转换电压、完整的电压调整过程;其次，可以满足零电压输出的设计要求。如果使用LM2576的反馈引脚，在手册中给出的参考电路的最小输出只能达到1.25V，因此有必要将反馈电压“转移”到VREF参考电压的水平。最后，将LM2576的反馈端与1.23V的底端进行比较:当反馈采样电压大于1.23V时，开关的占空比降低。当大于1.23V时，增加占空比。一般误差电压不会大于1V，因此减法结果将被“翻译”到VREF级别。
反馈电阻所返回的电压被发送到单片机的DAC，输出电压值通过D/A转换和比例转换获得，数字输出显示在数字管上。
3.2升降压电路设计与切换
图1是boost开关电源的示意图。由于电感，输出电压大于输入电压。当开关管接通时，电流通过电感、开关管、接地、二极管切断;当开关管结束时，电流被切断，电感器释放能量。在这一点上，电流由二极管向电容器充电，并提供电流到负载，从而实现升压电源。
图1 升压电路
LM2576在电路中的作用可以看作是PWM发生器与开关管的集成。因此，虽然LM2576通常被用作降压电路，但它有能力转换成一个升压电路。
升压电路和降压电路的连接方式是不同的，因此在同一电路中不能同时实现提升电压。本文的方法是用小继电器开关。通过信号控制开关，开关连接到不同的触点，完成电路连接形式的开关。
通过单片I/O引脚实现继电器的控制，实现了反馈减法器的输入，实现了电路恒压/恒流的开关控制。
4.测试结果
由于直流稳压电源用于调试测试精度较低时,输出电流的特性测量条件下的弱电流测量显示误差较大,因此效率低电压输出可能是不真实的,需要更精确的测试。实际输出电压用万用表测量，输入电流通过HH1710测试，用示波器通信观察电压纹波。
输入电压是根据变压器二次线圈的负载来测量的，采用21伏直流电。测试条件:负载10W，测试数据为负载电阻上的电压转换。
参考文献
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论文作者:郭建凯
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
标签：电压论文; 电路论文; 电源论文; 开关电源论文; 反馈论文; 单片机论文; 功能论文; 《电力设备》2018年第20期论文;