（6）新型电容器和EMI滤波器技木的进步，使开关电源小型化并提高了EMC性能。

（7）微处理器监控和开关电源系统内部通信技术的应用，提高了电源系统的可靠性。90年代末又提出了新型开关电源的研制开发，这也是新世纪开关电源的远景。如用一级AC-DC开关变换器实现稳压或稳流，并具有功率因数校正功能，称为单管单级(Single Switch Single Stage)或4S高功率因数AC-DC开关变换器；输出1V, 50A的低电压大电流DC-DC变换器，又称电压调节模块VRM，以适应下一代超快速微处理器供电的需求。

2、设计内容和要求

2.1初始条件：输入交流电源：单相220V，频率50Hz。 2.2主要任务:

1、输出两路直流电压：12V，5V。 2、直流最大输出电流1A。

3、完成总电路设计和参数设计。

3、方案的论证和选择

3.1 方案一：

电源输入，即单相交流电压。输出为：12V、5V直流电压，最大电流1A。交流电220V经过一个整流滤波电路后得到直流电压，送入DC-DC降压斩波电路，控制电路提供控制信号控制MOSFET管的关断，调节直流电压的占空比，最后经过LC滤波电路得到所需电压。通过对输出电压的取样，比较和放大，调节控脉冲的宽度，以达到稳压输出的目的。开关电源原理框图如图1所示。

12V、5V DC 220V DC

降压斩波电路 滤波 整流滤波

脉冲宽度调

保护电路 制（PWM）

图1 整体设计方框图

整流部分是利用具有单向导通性的二极管构成桥式电路来实现的；滤波部分是利用电容电感器件的储能效应，构成LC电路来实现的；降压部分是利用降压斩波电路来实现， 控制方式为脉宽调制控制（PWM），即在控制时对半导体开关器件的导通和关断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。本次设计的开关电源控制时首先保持主电路开关元件的恒定工作周期（T=Ton+Toff），再由输出信号与基准信号的差值来控制闭环反馈，以调节导通时间Ton，最终控制输出电压（或电流）的稳定。

3.2 方案二：

首先对输入的220V,50Hz的交流电源进行整流滤波，得到直流电压，再经过高频逆变得到高频交流电压，然后在经过高频变压器降压，再经过高频整流得到脉动直流，最后经过滤波器得到要求的直流电。整体设计方框图如图2所示：

整高频 滤脉动 高频 高12V、5V DC 高变 220V 直流 流波频频压 滤器整逆器波交流 变交流 交流 流

图2 整体设计方框图

整流部分是利用具有单向导电性质的二极管构成的桥式电路来实现；滤波部分则是利用电容电感器件的储能效应，构成LC电路来实现的；高频逆变电路则是通过开关电力电子器件的开通关断性质实现的；高频变压器降压则是通过互感变压器实现降压的；高频整流则是通过整流器件实现交流变脉动直流的；而滤波器则是通过电容的滤波效应实现脉动直流向直流的转化的。

由于方案一，方案二均设计难度大，不易操作，故采用方案三（见系统框图）。

4、系统框图

开关电源通常由六大部分组成，如图3所示。

交流输入电压220V低通滤波一次整流有源调整功率因数校正电子开关功率高频变压器转换脉冲驱动脉宽调制频率振荡发生器误差放大控制电路基准电压二次整流平滑滤波直流输出V0 输入电路输出电路采样输出比较器图3 系统框图

第一部分是输入电路，它包含有低通滤波和一次整流环节。220V交流电直接经低通滤波和桥式整流后得到未稳压的直流电压Vi，此电压送到第二部分进行功率因数校正，其目的是提高功率因数，它的形式是保持输入电流与输入电压同相。功率因数校正的方法有无源功率因数校正和有源功率因数校正两种。

所谓有源功率因数校正，是指电源在校正过程中常采用三极管和集成电路。 开关电源电路常采用有源功率因数校正。第三部分是功率转换，它是由电子开关和高频方波脉冲电压。第四部分是输出电路，用于将高频方波脉冲电压经整流滤波后变成直流电压输出。第五部分是控制电路，输出电压经过分压、采样后于电路的基准电压进行比较、放大。第六部分是频率振荡发生器，它产生一种高频波

段信号，该信号与控制信号叠加进行脉宽调制，达到脉冲宽度可调。有了高频振荡才有电源变换，所以说开关电源的实质是电源变换。

5、硬件系统的设计

5.1 启动电路

5.2 PWM脉冲控制驱动电路

5.3 电路输出部分的设计

根据设计要求，输出电路部分采用升压式斩波电路。这一部分电路由电感、续流二级管、电容及负载电阻组成。 升压斩波电路的基本原理：

开关管以UC3842设定的频率周期开闭，使电感L储存能量并释放能量。当开关管导通时，电感以Vi／L的速度充电，把能量储存在L中。当开关截止时，L产生反向感应电压，通过二极管D把储存的电能以(V0-Vi)／L的速度释放到输出电容器C2中。输出电压由传递的能量多少来控制，而传递能量的多少通过电感电流的峰值来控制。

5.4 电路图由三部分组成：

（1）启动电路，即降压整流滤波电路，这部分主要是得到DC-DC的输入电压和为UC3842提供驱动电压。

（2）PWM脉冲控制驱动电路，它的主体是一个UC3842芯片，以及它的外围电路组成。用它的⑥脚的输出脉冲控制MOS管的工作，并且它自带保护脚③，简单方便。

（3）输出部分，它是由一个升压直流斩波电路构成，结构原路简单。

6、软件系统的设计

6.1 开关电源的基本原理

开关稳压电源（简称开关电源）是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关电源一般多采用脉冲宽度调制（PWM）控制方式。随着电力电子技术的发展和创新，开关电源逐步向高频化方向发展。高频化使开关电源具有体积小、重量轻、效率高等优点，因此，研究、开发高质量的开关电源就变得十分必要，尤其在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

开关稳压电源具有， 效率高， 输出功率大， 输入电压变化范围宽， 节约能耗等优点， 而被广泛使用在各个行业和领域中。开关电源的工作原理就是通过改变开关器件的开通时间和工作周期的比值即占空比来改变输出电压，通常有6.2 三种调制方式:

脉冲宽度调制( P W M ) 、脉冲频率调制( P F M )和混合调制。P W M调制是指开关周期恒定， 通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式， 因为周期恒定， 滤波电路的设计容易，是应用最普遍的调制方式。开关稳压电源的主回路框图如图 所示， 由隔离变压器产生一个1 8 V的交流， 经过整流滤波成一个直流， 然后再进行D C - D C 变换， 有P W M 的驱动电路， 去控制开关电源管的导通和截止， 而产生出一个稳定的电压源，如图所示：