一：方案论证
1.系统总体设计方案
根据题目要求，总体设计方案如下：将交流电220V送进隔离变压器，一级输出18V交流电。通过整流滤波，将交流电转为直流电，进行DC-DC升压和降压。副DC-DC实现的降压值为5V，用于给单片机控制系统供电。通过键盘可以对主DC-DC升压的输出电压进行设定和步进调整，并由AD对输出进行采样，通过在单片机内预置的算法对输出进行补偿调整，同时从液晶屏上数字显示出电流和电压值。当开关稳压电源输出电流达到上限时，启动过流保护；当故障排除后，开关电源恢复正常工作。系统总体框图如图1.1所示。
图1.1 系统总体框图
2.主DC-DC升压电路设计方案
DC－DC升压电路采用自举式升压方式，如图1.2所示，当晶体管导通时，电感与电源接地端直接相连，形成回路。随着能量存储到电感的磁场中，流过电感的电流斜线上升，磁力线增强。
当晶体管截止时，磁场开始消失。随着它的减弱，会切割电感的导线，产生一个电压。由于磁场的运动方向与磁场建立时的方向相反，所以感应电压反向。从而实现升压的过程。
晶体管截止时电流方向
图1.2 自举式主DC-DC回路拓扑图
3.控制方法及实现方案
对主DC-DC升压转换器的控制方法采用硬件闭环控制为主、软件补偿和测量相结合的方法对DC-DC的输出进行精确控制。硬件控制采用国家半导体公司的LM2587-ADJ开关电源控制芯片组成对输出主回路的电压闭环控制，实现对系统
的粗调。软件控制选用STC12C5412AD 单片机作为系统控制器，系统的显示、按
键、A/D 、D/A 全部集中在核心控制板上，通过预置算法实现对系统的精调。
4.提高效率的方法及实现方案
1.降低二极管的损耗：二极管一般需要0.7V 的导通电压降。在输出电压为
21.6V 时，二极管要消耗一定的输出功率。而肖特基二极管的导通压降一般为
0.2V ～0.3V ，因此使用这类二极管这能够有效降低其上的功率损耗。
2.降低开关管的损耗：如果将开关管设计在外围电路中，极易由于设计参数
的问题导致开关管部分时间工作在线性区，会引起一定损耗。在设计中，选用
LM2587，它将开关管集成到芯片内部，参数由厂家整定，可以大大减少功耗。
3.减少铜损：铜损是由导线的寄生电阻和电感线圈引起的。实际设计中，选
用横截面积大的铜丝，并采取多股缠绕的方法，减少单位横截面积电阻。
4.减少铁损：引起铁损的原因有两个——磁滞损耗和涡流损耗。在实际操作
中，采用EI 型电感磁芯，并在连接处留有一定空隙。由于存在空气间隙，使之
不易产生磁滞和涡流。 二：电路设计与参数计算
1.主回路器件的选择及参数计算
题目中要求：18V 交流输入时，经转换后输入电压为21.6V （理论计算得出），
负载端电压为30V~36V 。最大输出电流I omax 为2A ，主DC-DC 升压变换器效率
η≥70%(发挥部分要求达到η≥85%)。据此，在主DC-DC 升压回路中主要用来
实现DC-DC 变换器的器件为LM2587-ADJ 。LM2587-ADJ 内部有一个100kHz
的振荡器，内部开关电流额定值5A ，负载电压V load <65V ，输入电压需保持在
4V~40V ，变换器效率90%，理论上完全满足设计需求。
主DC-DC 回路电路图如图2.1所示，通过改变R 2和R 3的比值即可设定所需
负载电压值。
图2.1 主回路原理图
将反馈电压与内部参考电压1.23V 进行比较：
V load =1.23V(1+32R R ) （2-1）
已知 1 k Ω<3R <5 k Ω
例如选取R 2=115k Ω，R 3的值根据V load 的设定选取。
load load load I V P =)(负载功率 （2-2） ply load P P sup 9.0=（输入功率） （2-3） in in ply I V P =sup (输入电流）输入电压，in in I V （2-4） 对电感L 来说，选择 in I i 25.0=∆ （2-5）
dt
di L
v L = （2-6） i t v L L ∆∆= （2-7） 开关的占空比为 load
in V V D -=1 （2-8） 开关导通时间 t ∆=DT （T 为电感的工作周期，常值s μ10）
通过公式计算得到L 的范围：78μH ~93μH 。
按照设计要求，在LM2587前级需加两个输入电容。在开关导通时，较大的C 1给开关提供电荷。它应该尽量大些，能够在100kHz 的内部振荡器条件下工作，并提供LM2587要求的电流。电容C 2应该是一个相对小一些的陶瓷电容。这种类型的电容比电解电容C 1快得多，使它可以响应开始导通的瞬变过程。
2、控制电路设计与参数计算
硬件控制电路如图 2.1所示。LM2587
的2引脚为反馈端，通过两个电阻分压产生
一个电平同内部基准比较从而对输出进行
调整，为了方便引入软件的补偿控制作用，
增加了如图2.2所示的控制电路，通过D/A
输出改变芯片反馈点电压，从而可以在要求
范围内设定输出电压值，并对其进行调整补
偿。 图2.2 软件补偿控制电路
R 2和R 3的阻值选取决定了软件输出补偿的上限值，这个值由公式（2-1）可求得。D/A 设定的零点由二极管导通压降决定。二极管选用反向漏电流较小的1N4148，R 2 R 3根据题目要求计算。设定满值输出电压为44V ，系统可以在30～36V 之间自由调整，根据LM2587设计文档R 3要求取值1 k Ω~5 k Ω，选取2.4 k Ω，可以求得R 2为84 k Ω。
控制程序流图如图2.3所示。
