数字开关电源设计
摘 要本课题设计了一款数字开关电源系统，采用了自上而下的设计方法，将整个数字开关电源系统软硬件电路划分为变压器转换电路、滤波整流电路、降压稳压电路、负电压生成电路以及二阶赛伦-凯滤波器等，核心器件选用了德州仪器公司研发的MAX765、具备低噪声性能的OP07运算放大器以及工作性能稳定的变压器等基本元器件，通过各个功能子电路的配置和最佳连接，实现了一款数字开关电源控制系统，这款系统能够实现正负6.5V直流电压的大功率输出，用户能够通过电路中的电位器旋钮实现对输出电压的灵活设置，最大输出电流可以达到3安培左右，另外在功耗方面，这款开关电源系统在静态状态下的消耗电流在1毫安左右，转换效率非常高。为了对设计成果的各个环节进行验证，以便从验证结果实现对数字开关电源系统的优化和改进，经过了多次的实验验证，本系统表现出了稳定的工作状态。
目录
一、 引言 1
（一） 数字开关电源的发展背景 1
（二） 数字开关电源的国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 数字开关电源的方案设计 3
（二） MAX765脉冲信号发生器简介 3
（三） 变压器模块简介 4
（四） 2N2222A高频三极管简介 4
三、 系统硬件设计 6
（一） 变压器驱动电路设计 6
（二） 三极管稳压电路设计 6
（三） MAX765降压稳压模块电路设计 7
（四） MAX765负电压生成模块电路设计 8
（五） 赛伦凯二阶滤波电路设计 8
总结 10
参考文献 11
致 谢 12
附录一 原理图 13
附录二 PCB图 14
附录三 元件列表 15
引言
数字开关电源的发展背景
所谓的数字开关电源系统在架构方面不单单是一种硬件架构或者纯软件代码，它是一种将数字脉冲发生器、变压器、运算放大器等巧妙的连接在一起构成硬件系统后，随后通过程序语言编写出用于控制数字开关电源集成芯片的代码，通过编译器对代码的编译功能将人机语言转 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
换成机器代码后，通过特殊的烧录连接器将机器代码文件下载到数字开关电源集成芯片中进行执行，最终使得系统能够按照设计师所设计的动作进行执行，表现出各项智能功能，这就是所谓的微处理器式数字开关电源系统，一种将硬件电路和软件代码统一起来的系统。在数字开关电源系统的多年发展过程中产生了许多不同特色的版本，每个版本都借助了当时微处理器生产和应用技术，从最初的1位或者4位型微处理器到如今的32位或者64位型微处理器，设计师们总是能够根据当时微处理器所能表现出的最大性能，设计出适合数字开关电源系统的程序代码并通过高性能微处理器去进行控制。本课题将要设计的这款数字开关电源系统经过多年的发展后，普遍都能够实现直流电压的高效稳定输出等一些功能，通过对现有的资料进行了详细查阅后可以总结出，数字开关电源系统的性能优劣与其内部的主控器件的性能息息相关，在现在市场上，往往一些中高端的产品大多数都采用了全数字化数字开关电源集成芯片进行信号采集和处理，DSP处理器或者MAX765脉冲信号发生器和FPGA联合构建的架构是这些中高端产品最青睐的方案，由于DSP和FPGA芯片的内部硬件乘法器模块能够实现对信号快速的运算能力，尤其是需要一些卷积的算法，而大多数信号处理都需要这个运算过程，所以相比于MAX765脉冲信号发生器芯片，这种微处理器能够将数据运算过程表现的非常轻松。
说到数字开关电源系统的发展过程，不得不说的是这种数字开关电源系统要想实现更多更复杂的智能化功能，必须要借助高性能模块，通过高性能的集成芯片实现对开关电源系统中过载过流、短路等常见情况的灵活检测并且实现对系统的快速保护，另外对于处理输出电压中的噪声也十分有效，集成芯片研发技术在最近几年也取得了飞速的发展，带动了数字开关电源系统不断向高精度高智能化方向发展。数字开关电源系统的发展过程中伴随着程序语言的进步而进步，在程序语言刚问世时数据类型和逻辑关系非常模糊，数字开关电源系统通过此时的程序语言只能够设计出一些功能较为单一或简单的功能，离如今的智能化概念还差很远，而随着程序语言的不断发展后，经过了革新换代，各种复杂的逻辑运算、操作指令都被丰富化，设计师能够将要实现的功能通过程序语言中功能丰富的操作指令等进行转换，与此同时多种类型的变量类型也使得运算具有了精度效果，32位或者64位的数字开关电源集成芯片通过程序语言中双精度等浮点变量能够非常高的运算处理结果。
数字开关电源的国内外发展现状
根据最近一份关于目前市面上数字开关电源系统产品竞争力的调查报告显示，无论是国内还是国外的高端数字开关电源产品在目前的市场上都占有相当的份额，由于国内最近几年加紧了对于数字开关电源系统的研究，进步速度非常快，取得的研究成果非常丰硕，所以在国际上具有较大的竞争力。目前国内外对于数字开关电源系统的研究方法侧重点有所差别，国外的研究者主要将研究重心放在了如何研发出更高性能的微处理器并发挥出其最大的性能，使得数字开关电源集成芯片能够在数字开关电源系统中发挥出最大的控制功效，从而实现非常智能的功能；国内的研究者则主要将重点放在了对新型集成芯片的研发，到目前为止已经研发出了多种用于数字开关电源系统中的集成芯片，这些集成芯片在外形体积、功耗性能以及使用稳定性等参数方面都具有突出的表现。
本文主要研究内容
本文以“数字开关电源”作为研究对象，设计了一款能够实现正负6.5V直流电压的大功率输出，用户能够通过电路中的电位器旋钮实现对输出电压的灵活设置，最大输出电流可以达到3安培左右，另外在功耗方面，这款开关电源系统在静态状态下的消耗电流在1毫安左右，转换效率非常高，下列为本课题将要实现的各项功能指标：
设计变压器转换电路，能够高效的将220V交流市电电压变压为20V左右的50Hz交流电，通过这个转换能够将强电变成弱电，使得后续电路能够对电源进行更为有效的各项处理，从而提升开关电源的质量。
设计滤波整流电路，首先通过整流电路的处理将50Hz的工频电源整理成直流电压，从而实现交流变直流的处理，通过整流电路生成后的直流电压中包含了大量的交流信号干扰成分，所以需要通过高性能的滤波电路来将干扰信号进行有效地滤除。
目录
一、 引言 1
（一） 数字开关电源的发展背景 1
（二） 数字开关电源的国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 数字开关电源的方案设计 3
（二） MAX765脉冲信号发生器简介 3
（三） 变压器模块简介 4
（四） 2N2222A高频三极管简介 4
三、 系统硬件设计 6
（一） 变压器驱动电路设计 6
（二） 三极管稳压电路设计 6
（三） MAX765降压稳压模块电路设计 7
（四） MAX765负电压生成模块电路设计 8
（五） 赛伦凯二阶滤波电路设计 8
总结 10
参考文献 11
致 谢 12
附录一 原理图 13
附录二 PCB图 14
附录三 元件列表 15
引言
数字开关电源的发展背景
所谓的数字开关电源系统在架构方面不单单是一种硬件架构或者纯软件代码，它是一种将数字脉冲发生器、变压器、运算放大器等巧妙的连接在一起构成硬件系统后，随后通过程序语言编写出用于控制数字开关电源集成芯片的代码，通过编译器对代码的编译功能将人机语言转 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
换成机器代码后，通过特殊的烧录连接器将机器代码文件下载到数字开关电源集成芯片中进行执行，最终使得系统能够按照设计师所设计的动作进行执行，表现出各项智能功能，这就是所谓的微处理器式数字开关电源系统，一种将硬件电路和软件代码统一起来的系统。在数字开关电源系统的多年发展过程中产生了许多不同特色的版本，每个版本都借助了当时微处理器生产和应用技术，从最初的1位或者4位型微处理器到如今的32位或者64位型微处理器，设计师们总是能够根据当时微处理器所能表现出的最大性能，设计出适合数字开关电源系统的程序代码并通过高性能微处理器去进行控制。本课题将要设计的这款数字开关电源系统经过多年的发展后，普遍都能够实现直流电压的高效稳定输出等一些功能，通过对现有的资料进行了详细查阅后可以总结出，数字开关电源系统的性能优劣与其内部的主控器件的性能息息相关，在现在市场上，往往一些中高端的产品大多数都采用了全数字化数字开关电源集成芯片进行信号采集和处理，DSP处理器或者MAX765脉冲信号发生器和FPGA联合构建的架构是这些中高端产品最青睐的方案，由于DSP和FPGA芯片的内部硬件乘法器模块能够实现对信号快速的运算能力，尤其是需要一些卷积的算法，而大多数信号处理都需要这个运算过程，所以相比于MAX765脉冲信号发生器芯片，这种微处理器能够将数据运算过程表现的非常轻松。
说到数字开关电源系统的发展过程，不得不说的是这种数字开关电源系统要想实现更多更复杂的智能化功能，必须要借助高性能模块，通过高性能的集成芯片实现对开关电源系统中过载过流、短路等常见情况的灵活检测并且实现对系统的快速保护，另外对于处理输出电压中的噪声也十分有效，集成芯片研发技术在最近几年也取得了飞速的发展，带动了数字开关电源系统不断向高精度高智能化方向发展。数字开关电源系统的发展过程中伴随着程序语言的进步而进步，在程序语言刚问世时数据类型和逻辑关系非常模糊，数字开关电源系统通过此时的程序语言只能够设计出一些功能较为单一或简单的功能，离如今的智能化概念还差很远，而随着程序语言的不断发展后，经过了革新换代，各种复杂的逻辑运算、操作指令都被丰富化，设计师能够将要实现的功能通过程序语言中功能丰富的操作指令等进行转换，与此同时多种类型的变量类型也使得运算具有了精度效果，32位或者64位的数字开关电源集成芯片通过程序语言中双精度等浮点变量能够非常高的运算处理结果。
数字开关电源的国内外发展现状
根据最近一份关于目前市面上数字开关电源系统产品竞争力的调查报告显示，无论是国内还是国外的高端数字开关电源产品在目前的市场上都占有相当的份额，由于国内最近几年加紧了对于数字开关电源系统的研究，进步速度非常快，取得的研究成果非常丰硕，所以在国际上具有较大的竞争力。目前国内外对于数字开关电源系统的研究方法侧重点有所差别，国外的研究者主要将研究重心放在了如何研发出更高性能的微处理器并发挥出其最大的性能，使得数字开关电源集成芯片能够在数字开关电源系统中发挥出最大的控制功效，从而实现非常智能的功能；国内的研究者则主要将重点放在了对新型集成芯片的研发，到目前为止已经研发出了多种用于数字开关电源系统中的集成芯片，这些集成芯片在外形体积、功耗性能以及使用稳定性等参数方面都具有突出的表现。
本文主要研究内容
本文以“数字开关电源”作为研究对象，设计了一款能够实现正负6.5V直流电压的大功率输出，用户能够通过电路中的电位器旋钮实现对输出电压的灵活设置，最大输出电流可以达到3安培左右，另外在功耗方面，这款开关电源系统在静态状态下的消耗电流在1毫安左右，转换效率非常高，下列为本课题将要实现的各项功能指标：
设计变压器转换电路，能够高效的将220V交流市电电压变压为20V左右的50Hz交流电，通过这个转换能够将强电变成弱电，使得后续电路能够对电源进行更为有效的各项处理，从而提升开关电源的质量。
设计滤波整流电路，首先通过整流电路的处理将50Hz的工频电源整理成直流电压，从而实现交流变直流的处理，通过整流电路生成后的直流电压中包含了大量的交流信号干扰成分，所以需要通过高性能的滤波电路来将干扰信号进行有效地滤除。
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