降壓型直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳敬穆+張仁永+肖林利+鄒春宇

【摘要】 為了提高輸出電壓、電流的穩(wěn)定性，本文設(shè)計(jì)了一款降壓型DC/DC開(kāi)關(guān)電源電路。采用降壓控制器LM5117芯片和CSD18532KCS MOS場(chǎng)效應(yīng)管為核心器件組成的BUAK電路工作原理，然后對(duì)電路的各子電路：包括輸入電路、降壓電路和顯示電路進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，最后綜合子電路與芯片性能設(shè)計(jì)了整體電路。該電路在輸入電 壓16V，輸出電壓偏差 小于100mV； 最大輸出電流穩(wěn)定在3A。

【關(guān)鍵字】 DC-DC變換器 LM5117 CSD18532KCS MOS場(chǎng)效應(yīng)管

一、系統(tǒng)方案論證

開(kāi)關(guān)電源方案采用LM5117用于高側(cè)MOSFET的CSD18563以及用于低側(cè)MOSFET的CSD18532 （X2）。該方案適用于高電壓或各種輸入電源的降壓型穩(wěn)壓器應(yīng)用。其控制方法采用仿真電流斜坡的電流模式控制。電流模式控制具有固有的輸入電壓前饋、逐周期電流限制和簡(jiǎn)化環(huán)路補(bǔ)償?shù)墓δ?。使用仿真控制斜坡可降低脈寬調(diào)制電路對(duì)噪聲的敏感度，有助于實(shí)現(xiàn)高輸入電壓應(yīng)用所必需的極小占空比的可靠控制，同時(shí)不會(huì)影響輸出紋波。

電流恒定控制采用場(chǎng)效應(yīng)管CSD18532KCS構(gòu)成壓控恒流源，再由LM5117芯片控制DC-DC實(shí)現(xiàn)降壓變換。該方案可以實(shí)現(xiàn)電壓線控制電源，增加了執(zhí)行效率提高恒流效果。擁有超低的QG、QGD、雪崩額定值和邏輯電平等優(yōu)點(diǎn)，并且不會(huì)影響輸出紋波，輸出電流波動(dòng)較小。本文的過(guò)流保護(hù)如圖1所示，調(diào)整下MOS管Q2的源極電阻R14使輸出電流≥3.1A時(shí)，電路進(jìn)入打嗝模式，啟動(dòng)限流保護(hù)。

二、電路設(shè)計(jì)

LM5117包含一個(gè)雙電平UVLO（欠壓鎖定）電路。當(dāng)UVLO低于0.4V時(shí)，LM5117處于關(guān)斷模式。關(guān)斷比較器可提供100 MV的遲滯，以避免轉(zhuǎn)換過(guò)程中的跳動(dòng)（CHATTER）。當(dāng)UVLO引腳的電壓高于0.4V，但低于1.25V時(shí)，控制器處于待機(jī)模式。在待機(jī)狀態(tài)下，VCC偏置穩(wěn)壓器被激活，而 HO和LO驅(qū)動(dòng)器被禁用，SS引腳保持低電平。此功能允許通過(guò)一個(gè)集電極開(kāi)路或漏極開(kāi)路器件將 UVLO引腳拉至低于0.4V，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程關(guān)斷功能。當(dāng)VCC引腳超過(guò)其欠壓鎖定閾值，且UVLO引腳電壓高于1.25V時(shí)，HO和LO驅(qū)動(dòng)器被啟用，并開(kāi)始正常運(yùn)行。

此處直接選取13.5V電壓能正常開(kāi)機(jī)即可，根據(jù)UVLO=1.25V，這里選取電阻RUV2為91K，RUV1=10K，使得U=1.25*（91K+10K）/10K，即UIN>12.6V，此電路即可工作。

在MOS管導(dǎo)通的時(shí)間里，電感L會(huì)將通過(guò)的電流轉(zhuǎn)換為磁能，把能量貯存起來(lái)。電容C將通過(guò)電感L的那部分電流轉(zhuǎn)化為電荷貯存起來(lái)。在MOS管截止的時(shí)間里，電感L會(huì)產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)，將其輸送給負(fù)載R并與續(xù)流二極管D組成回路，同時(shí)電容C將電荷轉(zhuǎn)換成電流向負(fù)載供電。

三、系統(tǒng)測(cè)試

為了減少誤差，測(cè)試方案采用，多次重復(fù)測(cè)試的方法進(jìn)行。測(cè)量電路點(diǎn)如圖2所示（3、4、5、6、7為測(cè)量點(diǎn)）：

額定輸入電壓下，產(chǎn)品主要做了以下5組測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示：

由表1可知：

①|(zhì)？UO|在0.01～0.03V之間，符合|？UO|=|5V-UO| ≤100MV的設(shè)計(jì)要求；

②IOMAX在3.00～3.01之間，符合額定輸入電壓下，最大輸出電流：IO≥3A的設(shè)計(jì)要求；

③輸出噪聲紋波電壓峰峰值UOPP在32MV～40 MV之間。符合UOPP≤50MV（UIN=16V，IO=IOMAX）的設(shè)計(jì)要求；

參 考 文 獻(xiàn)

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