目录
第一章绪论 0
1.1.3 可编程开关电源 (1)
1.2.1 线性电源和开关电源 (1)
1.2.2 电源技术的发展方向 (2)
1.2.3 开关电源的市场前景和研究现状 (3)
第二章系统的总体设计 (4)
2.1 方案论证 (4)
2.1.1 DC-DC主回路拓扑结构 (4)
2.1.2 控制方法及实现方案 (5)
2.2 主体思路 (5)
2.3 软件设计思路 (7)
软件系统的逻辑控制 (8)
软件系统的结构 (8)
软件设计部分概述 (8)
2.4.1 程序设计方法 (9)
2.4.2 软件设计步骤 (9)
第三章系统硬件设计 (10)
3.1 隔离式高频开关电源 (10)
3.2.1 电压整流技术 (11)
3.2.2 输入滤波电容 (11)
3.2.3 输入浪涌保护器件 (12)
3.2.4 输入尖峰电压保护 (13)
3.3 功率变换电路设计 (13)
3.3.1 隔离全桥推挽变换电路 (13)
3.3.2 推挽式变压器开关电源储能滤波电感参数的计算 (15)
磁芯的选择 (18)
计算脉冲信号的最大占空比D
m ax
(18)
计算一次绕组的电感量L
I
(19)
确定一次绕组的匝数N
1
(19)
确定自馈绕组N
2和二次绕组
3
N的匝数 (19)
计算空气隙 (20)
设计注意事项 (20)
3.4 功率管MOSFET及其驱动 (20)
3.4.1 功率管MOSFET (20)
3.4.2 驱动电路 (22)
3.4.3 死区时间的设计 (26)
3.5 输出电路设计 (27)
3.5.1 PWM滤波电路设计 (27)
3.5.2 检测保护电路设计 (29)
3.6 PWM控制电路 (30)
3.6.1 TL494的结构和性能 (30)
3.6.2 输出电压直接分压作为误差放大器的输入 (33)
3.7 单片机控制模块 (34)
3.7.1 C8051F350系列单片机特点 (34)
3.7.3 STC12C5616AD特点 (36)
3.7.4 STC12C5616AD应用 (36)
3.7.6 可调式精密并联稳压器TL431 (38)
3.7.7 单片机双机串行通信 (39)
3.8 人机交换模块 (40)
编码电位器输入模块 (40)
3.8.2 LED显示器的显示方式 (41)
3.8.3 数码管显示电路原理 (41)
3.8.3 74HC595芯片性能 (41)
第五章系统调试 (42)
4.1 系统调试 (42)
4.1.1 系统调试的一般步骤 (43)
第六章总结与建议 (45)
结束语 (46)
致谢 (48)
附录1部分程序代码 (49)
附录2硬件附图 (56)
第一章绪论
1.1 系统背景
开关电源已有几十年的发展历史。1955年发明的自激推挽式晶体管单变压器直流变换器，率先实现了高频转换控制功能；1957年发明的自激推挽式双变压器，1964提出的无工频变压器式开关电源设计方案，有力地推动了开关电源技术进步。1977年脉宽调制（PWM）控制器集成电路的问世，1994年单片开关电源的问世，为开关电源的推广和普及创造了条件。与此同时，开关电源的频率也从最初的20KHz提高到几千赫兹至几兆赫兹。目前，开关电源正朝高效节能，安全环保、短、小、轻、薄的方向发展。各种新技术、新工艺和新器件如雨后春笋，不断问世，开关电源的应用也日益普及。
1.1.1 绿节能型开关电源
目前，国外许多著名的IC厂家都在大力开发低功耗，节能型开关电源集成电路。例如，美国PI公司采用EcoSmart节能技术，开发的TOPSwitch-GX等系列的单片开关电源。PI公司最近宣布，由于使用该公司EcoSmar技术的单片开关电源IC，可为全球消费者节约大约20亿美元大的电费。荷兰Philips公司推出的TEA1520等系列的绿芯片，都将高效节能放在重要位置。与此同时，绿节能电源的国际标准也被普遍采用。例如，美国早在1992年就制定了“能源之星”计划，以降低开关电源的空载功耗。美国加州能源委员会（CEC）制定的强制性节能标准已从2006年7月1日开始执行，它要求电子产品必须大幅降低待机功耗和空载功耗。
1.1.2 智能化数字电源
21世纪初问世的智能数字电源系统以其优良特性和完备的监控功能，越来越引起人们的关注。数字电源提供了智能化的适应性与灵活性，具备直接监控，处理并适应系统条件的能力，能满足任何复杂的电源要求。此外，数字电源还可以通过远程诊断来确保系统长期工作的可靠性，包括故障管理，过电流保护以及避免停机等。数字电源的推广，为实现智能化电源系统的优化设计创造了有力条件。
数字电源的特点有下面几点。它是以数字信号处理器（DSP）或微控制器（MCU）为核心，采用“整合数字电源”技术实现了开关电源中模拟组件与数字组件的优化组合。能充分发挥数字信号处理器及微控制器的优势，使所设计的数字电源达到高技术指标。便于构成分布式数字电源系统。
1.1.3 可编程开关电源
可调式开关电源都是通过手动调节电阻值来改变稳压器输出电压的，不仅调节精度低，而且使用不够方便，数字电位器（Digital Potentiometer）亦称数控电阻器（Digitally Controlled Potentiometer），可简称为DCP。利用数字电位器代替可调电阻，可构成由计算机控制的可编程开关电源。
1.2 电源技术的发展与方向
1.2.1 线性电源和开关电源
线性稳定电源，其特点是：它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管之间的电压降来稳定输出，稳定性高，纹波小，可靠性高，易做成多路、输出连续可调的成品。线性电源的主要问题在于：输出精度低、效率低、散热问题大以及很难在一个通用的输入电压范围内工作，但最主要的缺陷还是在体积和重量上。通过输入调整器可以使输出精度增加，但这更增加功率消耗，并使效率更低。线性电源要达到50%的效率就不容易了，这些白白消耗掉的功率还带来散热问题。如果要使线性电源在一个通用输入电压范围(85V—265VAC)工作，会导致线性电源的效率更低。
开关电源就是开关型直流稳压电源，它的电路形式要有单端反激式、单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它和线性电源的根本区别在于它的变压器不工作在工频上，而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹频率上。功率开关管工作在饱和区截止区，即工作在开关状态，开关电源因此而得名。开关电源的优点是体积小，重量轻，稳定可靠。多年来，由于技术上的障碍(高压，大功率)，开关电源集成电路在集成化上一直因一种电流模式PWM开关电源控制器的设计得不到很大的进步。但是最近这几年，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，能将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，出现了一批全新的全控型功率器件。首先是功率MOSFET的问世，导致了中小功率电源向高频化发展，而后绝缘门极双极晶体管的出现，又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。因此目前可以通过集成复杂的功能电路来进一步提高开关电源的性能和安全性，这包括热保护电路、限流电路、过/欠压保护电路等。
通过上面的分析我们可以看到，与线性电源相比，开关电源输出精度高，转换效率高，性能可靠。除此
之外，开关电源最大的优势还在于能够大幅缩小变压器的体积和重量，这是因为开关电源的变压器工作于50KHz到1MHz的高频条件下，而不是像线性电源中的那样工作于50Hz的低频状态，因此缩小了变压器的体积和重量，而这也就缩小了整
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