引言

　　隨著電源技術的飛速發展，開關電源以其功耗小、體積小、重量輕等優點得到了廣泛的應用。目前開關電源也正在朝著集成化與多功能化的方向發展。本文以大學生電子設計競賽為背景，介紹一種性價比高、功能較強的實用開關電源設計方案。

　　競賽內容為設計具有單路恒壓輸出功能的開關電源，輸出電壓范圍為0 ~ 15 V,步進100 mV;輸出電流不小于1 A,紋波300 mV以下；調整過程用單片機完成，并提供數字顯示功能。

　　方案論證及設計

　　開關電源控制核心模塊，包括開關電源控制器和配套的必要外圍電路、反饋回路和繼電器切換電路。這一模塊的作用是完成開關電源最基本的功能，包括降壓、升壓和恒流等。其中開關電源控制器采用LM2576-ADJ,這是具有可調電壓輸出的開關電源控制芯片，內置PWM控制電路和驅動管，性價比高。此芯片最大輸入電壓為37V,輸出通過反饋電阻分壓，可在1.25V~ 35V范圍內調整，輸出電流可以達到3A,滿足題目設計要求。反饋回路中進行比較、差分放大的電路采用CMOS型集成運放TLC2262,具有功耗低、精度高、滿幅輸出范圍大、線性度好等特點，適合在本設計電路中應用。

　　單片機控制模塊，包括單片機和相應的A/D、D/A轉換模塊、繼電器切換控制模塊，以及人機交互接口。這一模塊的作用是通過單片機輸出的D/A轉換信號和繼電器切換控制信號，數模轉換器，又稱D/A轉換器，簡稱DAC，它是把數字量轉變成模擬的器件。D/A轉換器基本上由4個部分組成，即權電阻網絡、運算放大器、基準電源和模擬開關。模數轉換器中一般都要用到數模轉換器，模數轉換器即A/D轉換器，簡稱ADC。

　　輔助電源模塊完成從220V到系統所需各路電源的變壓、整流、降壓等工作。輔助電源模塊通過整流提供兩路直流輸出，一路給開關電源的核心模塊提供輸出所需的足夠能量，另一路由LM2576和LM1117穩壓給單片機和其他控制模塊提供控制需要的較低壓直流電。

　　以上描述的總體設計原理見圖1。

　　圖1 系統的模塊結構和設計原理框圖

　　硬件電路設計

　　降壓型電路原理和設計

　　采用LM2576構成的降壓電路如圖2所示，輸出電壓經R1和R2分壓取樣后送到減法器的正輸入端，負端接VSET。VSET信號是單片機給出的電壓信號，輸出的取樣電壓減去D/A轉換電壓后得到誤差信號。再將誤差信號加上參考電壓（VREF）1.23V, 將此結果送到LM2576的反饋端。

　　圖2 降壓型（Buck）基本電路

　　相比于傳統的直接反饋，本設計中的反饋回路復雜度較高，這種設計主要是出于以下考慮：首先是便于單片機控制，只要改變D/A轉換輸出電壓，則反饋回路起作用，自動將輸出取樣電壓向D/A轉換電壓靠近，完成電壓調整過程；其次，可以滿足設計要求中的零伏輸出。若單純用LM2576的反饋引腳，則手冊中給出的參考電路最低輸出只能達到1.25V,因此需要將反饋電壓“平移”一個VREF參考電壓的電平。

　　反饋電阻分壓得到的電壓還同時送到單片機的DAC,通過D/A轉換和尺度換算，得到輸出電壓值，作為數字量顯示輸出到數碼管上。

　　升壓型電路原理和

　　升降壓電路的切換