1．输出电流Io可调范围：200mA～2000mA；能数字设定并控制输出电流，步进≤10mA，要求输出电流与给定值的相对误差≤±2%；最大输出电压Uomax：10V；
2．Ui从8V变到20V时， 电压调整率Sv≤4%（Io=1000mA，负载为5Ω的条件下测试）；
3．改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，负载调整率SR≤4%(Ui=15V，Io=1000mA，负载在1Ω～5Ω条件下测试)；
4．输出噪声纹波电流≤15mA(Ui=15V．Uo=l0V，10=2000mA)：
5.整机效率T1≥80%(Ui=15V，Uo=l0V，10=2000mA)；
6．具有过压保护功能， 动作电压Uoh=ll±0.5V(Ui=15V，lo=l000mA)；排除过压故障后，电源能自动恢复为正常状态；
7．具有输出电流的测量和数字显示功能。
一、总体分析
1．DC/DC变换器
首先，在输出电压为10V时，输入电压范围为8V～20V，这就要求DC/DC变换器必须具有升压和降压双重功能。其次，要求整机效率大于80%（整机效率=DC/DC变换效率×恒流电路效率），以输出电压11V、电流2000mA计算，5Ω负载上有10V压降， 其功率=10V×2000mA=20W， 损耗功率为2W，单就恒流电路而言，其效率=20W/22Wx 100%=90.9%。因而，必须保证DC/DC变换器一端效率达到88%以上才能使整机效率等于80%。
2．控制电路部分
首先，题目要求能数字设定并控制电流输出，这就需要使用DAC转换及与DAC输出电压具有良好线性关系的恒流源电路。其次要求步进小于10mA，若步进为1mA，范围按0～2000mA计算，要求DAC需要2000分度，必须选用具有2048分辨率以上的DAC才能满足系统要求。
综上所述，一方面需要使用具有升降压功能的DC/DC变换器且效率要达到88%。另一方面要选用11位以上的DAC及线性度良好的恒流源电路。
二、系统设计方案
系统设计总体框图如下图所示。
输入电压经DC/DC转换后为恒流源电路、单片机控制系统以及恒压源电路供电。恒流源电 路完成使输出电流稳定的功能，单片机系统完成人机交互功能，此外系统中也扩展了数控恒压源电路。
1．DC/DC电压转换电路方案
单端正激式变换电路因为其使用无气隙的磁芯，铜损低，电感量较高，变压器的峰值电流较小，输出电压纹波低。适用于低电压大电流的开关电源，多用于150W以下的小功率场合。由于正激式开关电源电路结构简单、功率密度较高。
所以本设计DC/DC电压转换电路使用单端正激式变换电路。
2．恒流源电路方案
采用硬件闭环控制方案。硬件闭环稳流的典型电路如下图所示，根据集成运算放大器的特性，可计算得：IL≈Vin/R1。式中IL为负载电流，R1为取样电阻，Vin为运算放大器同相端输入信号。若固定R1，则IL完全由Vin决定，此时无论VCC或是RL发生变化，利用反馈环路的自动调节作用，都能使IL保持稳定。这样就可保证恒流源具有良好的线性关系。
在此电路中，SG3525控制的PWM波频率依据数据手册中的公式f=1/Ct(0.67Rt+1.3Rd)计算得f=99.50kHz（其中Rt=R1，Rd=0(5、7脚之间的电阻)，Ct=C2）。降低该频率可提高DC/DC的效率，但同时也会加大电源纹波噪声，频率的设定应根据自己的要求进行选择。电路中开关管Q1选用IRF244N，整流管D2选用STPS30L60。
2．恒流源电路部分
电路原理如下图所示，使用12位的TLV5618完成DA转换，DAC4096的分辨率充分满足电流1mA步进的要求。DAC的输出控制U5A和Q3将电压转换为相应的电流值。同时输出电流流经R20得到采样电压经U5B放大21倍后反馈给U5A，由此形成硬件闭环控制。该闭环控制最终导致TP3的电压与TP2电压相等，而TP3的电压值即为R20两端电压值经U5B放大后的值。因而改变TP2电压值即可改变R20两端电压，从而控制流经RL的电流值，故TP2为电流设定值调整。图中U5B的放大倍数=UTP3/UR20=(R26+R29)/R29=21，也就是说当向DAC输入最大值4095时，调整R14使VTP2=4.2V，就可使RL输出最大电流2000mA。
在本电路中，采样电阻选用0.1Ω/10W的电阻。其目的是为了避免采样电阻通过大电流时发热引起阻值变化，从而影响输出电流。本电路最终使用了4个0.1Ω/10W的电阻两两并联后再串联接入电路，从而最大程度上减少温度对电阻阻值的影响。由于前端DC/DC转换电路产生的是正电压，因此选择LM258单电源运放。其供电电压范围0.3～32V，输入失调电压2～5mV，满足设计要求。扩流管使用VMOS管IRF244N。
同时为了便于调试，在电路中加入了5个测试点即：TP1～TP5。TP1用于测量TLV5618的参考电压VREF，其标称值为2.5V。DAC输出电压值可由式U0=2×VREF×DIN/4096计算。TP2和TP3用于检测输入运放U5A的同、反相端电压。TP4用于测量输出电流值。图中AIN0～AIN2为单片机内部的ADC输入端。AINO即TP4的值可用于测量VTP3，从而可以计算出输出电流值，AIN1和AIN2两个值之差即为负载两端的电压，通过单片机采集AINO、AIN1、AIN2这三个值就可以得到负载的电压、电流值，从而在液晶上进行显示。
此外，图中还加入了声光报警电路。图中LED3（指示灯）和LS1（蜂鸣器）通过单片机控制Q2进行声光报警。
3．人机接口系统
采用TI公司的超低功耗单片机MSP430F149作为系统控制器，使用ZLG7290键盘管理芯片连接的4x4矩阵键盘和240×128液晶（内含T6963C控制器）作为系统人机接口。
矩阵键盘主要有10个数字键、1个确定键，配合液晶不同显示界面进行相应操作。具体电路如下图所示。
图中，P1为液晶接口，P3为与ZLG7290的IIC接口。P2为JTAG调试口，P5为与恒流源电路板的接口。
4．整机效率问题研究
系统整机效率影响因素主要有DC/DC转换电路、恒流源电路和控制电路三方面，控制电路在关闭液晶背光显示情况下，其功耗仅为0.08W，可忽略。下面主要说明提高前两个电路效率的方法。
(1)DC/DC转换电路中变压器对电源效率影响极大，变压器的选择是至关重要的。本电路中变压器采用EE42型铁氧体磁芯，初级线圈采用宽17mm厚0.05mm的铜皮和绝缘层黄蜡绸一起绕制5圈，次级线圈使用直径为0.38mm的漆包线8股并绕11圈。影响电源效率的还有开关管Q1，调试过程中，测试了多种VMOS管，最终采用了IRF244N（其导通电阻RDS=17.5mΩ），相比采用IRF540效率提高了1%。整流管采用功率肖特基二极管STPS30L60（内含两个整流二极管），将这两个整流二极管并联可将正向导通压降降低，其最大正向导通电流可达2x15A。
(2)恒流源电路中采样电阻选用0.1Ω/10W的电阻，在最大输出2A电流时采样电阻功耗为0.4W，负载功耗为20W，极大了减小了无用功率消耗。对于扩流管Q3而言，常见的电流源多采用达林顿管和VMOS管两种，经过实际实验检测，达林顿管的管压降在0.8V左右，而VMOS管的管压降只有0.02V左右，本电路采用了VMOS功率管IRF244N，极大地减小了扩流管的功率损耗。为了提高电源效率，需要精密地调整电路中VCC（调整R10）。
考虑到在输出电流2000mA测量时电流表压降0.4V（内阻0.2Ω），VMOS管压降0.02V，采样电阻压降0.2V，负载压降10V，因而调整VCC=0.4+0.02+0.2+10=10.62V，最终本电路调整的VCC为11.0V。此时恒流源电路的效率为η=10V×2A/11V×2A=90.9%，从而达到系统整机效率为80%的要求。
(3)进一步提升电源效率
要想进一步提高本电源系统的效率可以采用以下方式：
●更换更好的变压器磁芯(如：TDK的PC40EE42)。
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