一、任务
设计并制作如图 1 所示的开关稳压电源。
二、要求
在电阻负载条件下，使电源满足下述要求：
1．基本要求
（1）输出电压 UO可调范围：30V～36V；
（2）最大输出电流 IOmax：2A；
（3）U2从 15V 变到 21V 时，电压调整率 SU≤2%（IO=2A）；
（4）IO从 0 变到 2A 时，负载调整率 SI≤5%（U2=18V）；
（5）输出噪声纹波电压峰-峰值 UOPP≤1V（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；
（6）DC-DC 变换器的效率≥70%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；
（7）具有过流保护功能，动作电流 IO（th）=2.5±0.2A；
2．发挥部分
（1）进一步提高电压调整率，使 SU≤0.2%（IO=2A）；
（2）进一步提高负载调整率，使 SI≤0.5%（U2=18V）；
（3）进一步提高效率，使≥85%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；
（4）排除过流故障后，电源能自动恢复为正常状态；
（5）能对输出电压进行键盘设定和步进调整，步进值 1V，同时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。
（6）其他。
三、说明
（1）DC-DC 变换器不允许使用成品模块，但可使用开关电源控制芯片。
（2）U2可通过交流调压器改变 U1来调整。DC-DC 变换器（含控制电路）只能由UIN端口供电，不得另加辅助电源。
（3）本题中的输出噪声纹波电压是指输出电压中的所有非直流成分，要求用带宽不小于 20MHz 模拟示波器（AC 耦合、扫描速度 20ms/div）测量 UOPP。
（4）本题中电压调整率 SU指 U2在指定范围内变化时，输出电压 UO的变化率；负载调整率 SI指 IO在指定范围内变化时，输出电压 UO的变化率；DC-DC变换器效率=PO/ PIN，其中 PO＝UOIO，PIN＝UINIIN。
（5）电源在最大输出功率下应能连续安全工作足够长的时间（测试期间，不能出现过热等故障）。
（6）制作时应考虑方便测试，合理设置测试点（参考图 1）。
（7）设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果用附件给出。
GPT-4o给出的设计方案：
一、设计框架
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隔离变压器
- 输入：AC 220V
- 输出：AC 18V
- 作用：提供电气隔离和电压转换
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整流滤波电路
- 使用整流桥（如1N4007）和滤波电容C1（如1000µF）将AC转换为稳定的DC电压
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DC-DC变换器
- 输入电压范围：18V ~ 36V
- 输出电压范围：调节到30V ~ 36V，稳定输出电流为2A。
- 采用降压型DC-DC变换器（如LM5117）
- 实现高效率（70%以上）
二、简单论证
- 利用隔离变压器将AC 220V转换为AC 18V，然后通过整流滤波电路将其转换为直流电压。
- DC-DC变换器调节和稳定输出电压，满足30V到36V的可调需求，同时确保电源效率和输出稳定性。
三、理论分析
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稳压电路分析
- 使用LM5117降压IC，通过控制占空比调节输出电压( V_{out} )，计算公式： [ V_{out} = D \times V_{in} ] 其中，D为占空比，( V_{in} )为输入电压。
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滤波电容选择
- 滤波电容值C的选取，确保输出电压纹波( \delta V )在要求的范围内，计算公式： [ \delta V = \frac{I \times D}{f \times C} ] 其中，I为负载电流，f为开关频率。
四、重要电路原理图设计要点
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整流滤波电路
- 整流桥（如1N4007）：整合四个二极管
- 滤波电容（如1000µF）：用于平滑直流电压
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DC-DC变换器电路
- 降压转换器（如LM5117）：实现高效率电压调节
- 输入电容（如220µF）：用于输入滤波
- 输出电感（如100µH）和电容（如470µF）：用于输出电压的平滑
五、核心器件设计要点
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整流桥
- 选用高耐压、高电流的整流二极管（如1N4007）
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LM5117 DC-DC变换器
- 输入电压范围：6V至75V
- 输出电流：高达10A
- 高效率：支持高转换效率
- 保护功能：过流保护、过温保护、短路保护
综上所述，完整的电源设计需确保每级电路性能稳定，并能实现高效、低纹波输出。通过合理选择核心元件并进行理论计算验证，确保最终设计方案符合要求。
本题考察的主要知识点：
- 电源设计基础：理解隔离变压器、整流滤波电路、DC-DC变换器的基本工作原理。
- 电压调节与稳定性：掌握如何设计可调输出电压范围（30V-36V），以及控制最大输出电流（2A）。
- 效率和纹波控制：设计高效率的DC-DC变换器并控制输出电压纹波不超过1V。
- 散热管理与保护：确保在最大负载下的稳定工作，并包含过流保护等功能。
- 调节与测试方法：如何调整电压、评估负载调整率，以及进行各种性能测试。
