多功能开关电源设计

引言

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竞赛为背景，介绍一种性价比高、功能较强的实用开关电源设计方案。

竞赛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0~15V，步进100mV;输出电流不小于1A，纹波300mV以下;调整过程用单片机完成，并提供数字显示功能。扩展要求为：电源具有升压功能：输入为5V，测量负载电流为1A时的输出电压;具有延迟输出功能，避免上电冲击;具有掉电记忆功能，存储上次设置的参数。

方案论证及设计

开关电源控制核心模块，包括开关电源控制器和配套的必要外围电路、反馈回路和继电器切换电路。这一模块的作用是完成开关电源最基本的功能，包括降压、升压和恒流等。其中开关电源控制器采用LM2576-ADJ，这是具有可调电压输出的开关电源控制芯片，内置PWM控制电路和驱动管，性价比高。此芯片最大输入电压为37V，输出通过反馈电阻分压，可在1.25V~35V范围内调整，输出电流可以达到3A，满足题目设计要求。反馈回路中进行比较、差分放大的电路采用CMOS型集成运放TLC2262，具有功耗低、精度高、满幅输出范围大、线性度好等特点，适合在本设计电路中应用。

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，以及人机交互接口。这一模块的作用是通过单片机输出的D/A转换信号和继电器切换控制信号，对开关电源核心模块进行控制，从而实现程序控制升压、降压和电路切换的功能。模块中的单片机采用C8051F330D，为增强型51内核单片机，集成了10位ADC和10位DAC，满足设计精度需要。人机交互接口采用CH452L集成数码管显示和键盘控制器，完成数据显示和键盘输入的功能。扩展要求中的参数掉电记忆功能，由串行E2PROM芯片AT24C08完成。

辅助电源模块完成从220V到系统所需各路电源的变压、整流、降压等工作。辅助电源模块通过整流提供两路直流输出，一路给开关电源的核心模块提供输出所需的足够能量，另一路由LM2576和LM1117稳压给单片机和其他控制模块提供控制需要的较低压直流电。

以上描述的总体设计原理见图1。