基于LM5117降壓型穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

李丹鳳+方倪+畢騰尹+李夢(mèng)飛+汪家璇+胡安正

（湖北文理學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院 湖北 襄陽 441053）

摘 要： 本系統(tǒng)主要以降壓控制器LM5117芯片和CSD18532KCS MOS場(chǎng)效應(yīng)管為核心器件，構(gòu)成同步整流電路，設(shè)計(jì)系統(tǒng)為降壓型直流開關(guān)穩(wěn)壓電源。測(cè)控模塊采用繼電器過流保護(hù)，監(jiān)控輸出電流實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)：額定輸入電壓16V下，輸出電壓偏差|△UO|≤100mV，最大輸出電流可達(dá)到3A；輸出噪聲紋波電壓峰峰值UOPP≤50mV；IO從滿載變到IO max輕載0.2IO max時(shí)，負(fù)載調(diào)整率為 0.04 %；UIN變化到17.6V和13.6V，電壓調(diào)整率 0.06 %；效率μ可達(dá)到92.18%；具有過流保護(hù)功能，電源具有負(fù)載識(shí)別功能。系統(tǒng)滿足了各要求。

關(guān)鍵詞： 降壓芯片LM5117；CSD18532KCS；同步整流；過流保護(hù)；負(fù)載識(shí)別

1、系統(tǒng)方案論證與選擇

1.1抑制紋波電壓

采用電容及電感濾波電路，來降低紋波噪聲。通常情況下大電容用于濾除低頻紋波，而小電容則對(duì)中高頻濾波效果較好，在此系統(tǒng)中頻率為100KHz以上的開關(guān)電源使用小電容。此外，LM5117芯片的HO和LO在對(duì)兩個(gè)MOS管進(jìn)行導(dǎo)通時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)上升沿和下降沿沒有及時(shí)的拉高和拉低，易產(chǎn)生電路波動(dòng)。為解決這種可能現(xiàn)象，采用在LM5117芯片后加30Ω的電阻，且與電阻并聯(lián)有一個(gè)快速恢復(fù)二極管FR107。這樣可以讓PWM快速上拉和下降，MOS管的通斷就可以及時(shí)反應(yīng)，電路的波動(dòng)也會(huì)大大減小，從而為更好地減小了電路中的紋波提供了保障。

1.2電流采樣的選擇

采用康銅絲采樣放大電路，將康銅絲串入輸出回路，輸出電流將在康銅絲上形成電壓降，然后做差分放大處理。且康銅絲電阻具有較低的電阻溫度系數(shù)，較寬的使用溫度范圍（480℃以下），能夠提高采集電壓的穩(wěn)定性。

1.3過流保護(hù)方案

采用繼電器過流保護(hù)電路，接通電源后，繼電器內(nèi)會(huì)產(chǎn)生電磁效應(yīng)，電磁力就會(huì)吸引銜鐵，讓它接觸到鐵芯，帶動(dòng)銜鐵的常閉觸電與常開觸點(diǎn)吸合，在電流切斷后，電磁的吸力也就沒有了，銜鐵就又返回到原來的位置，將電路切斷。即電流達(dá)到電流繼電器的動(dòng)作值時(shí)，按線路選擇性的要求，將電路切斷。

1.4 系統(tǒng)總體框圖

系統(tǒng)采用降壓控制器LM5117芯片和CSD18532KCS MOS場(chǎng)效應(yīng)管為核心器件的降壓模塊、繼電器過流保護(hù)模塊、負(fù)載識(shí)別模塊組成，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2、理論分析與硬件電路設(shè)計(jì)

2.1理論分析

2.1.1定時(shí)電阻RT

根據(jù)LM5117芯片的數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)選擇開關(guān)頻率為100kHz；

由 ；故RT我們選取51kΩ；

2.1.2輸出電感LO

可由公式 計(jì)算；對(duì)于我們的電路，計(jì)算可得，電感不超過32μH即可，所以我們采用30μH電感，經(jīng)由黃白磁環(huán)，單股繞制而成。

2.1.3電流檢測(cè)電阻RS

在系統(tǒng)采用的電路中，選擇K = 1，以控制次諧波振蕩和實(shí)現(xiàn)單周期阻尼。根據(jù)公式 換算可得RS為10mΩ。

2.2 電路設(shè)計(jì)

2.2.1過流保護(hù)電路設(shè)計(jì)

利用LM5117芯片10引腳CM，在電路中反饋出來的采樣值為0.4V。當(dāng)CM輸出電流小于3.2A時(shí)，繼電器處于閉合狀態(tài)，電路正常工作。若電流對(duì)應(yīng)的值大于3.2A對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)反饋值時(shí)，MOS管處于導(dǎo)通狀態(tài)。繼電器此時(shí)處于斷開狀態(tài)，按線路選擇性的要求，輸入電壓與電路斷開，如此可完全保護(hù)電路。

2.2.2降壓電路設(shè)計(jì)

采用降壓控制器LM5117芯片和 MOS場(chǎng)效應(yīng)管降壓芯片，同時(shí)利用芯片內(nèi)部產(chǎn)生的HO和LO兩路互補(bǔ)對(duì)稱的PWM形成同步整流電路。如圖2所示。

3、測(cè)試結(jié)果分析

經(jīng)測(cè)試，額定輸入電壓16V下，輸出電壓偏差|？|≤100mV，最大輸出電流可達(dá)到3A；輸出噪聲紋波電壓峰峰值≤50mV；從滿載變到輕載0.2時(shí)，負(fù)載調(diào)整率為 0.2 %；變化到17.6V和13.6V，電壓調(diào)整率 0.04%；效率μ可達(dá)到 92.18 %；具有過流保護(hù)功能，電源具有負(fù)載識(shí)別功能。系統(tǒng)滿足了要求。

4、結(jié)束語

本系統(tǒng)主要以降壓控制器LM5117芯片和CSD18532KCS MOS場(chǎng)效應(yīng)管為核心器件，設(shè)計(jì)并制作一個(gè)降壓型直流開關(guān)穩(wěn)壓電源。采用硬件電路實(shí)現(xiàn)了過流保護(hù)和負(fù)載識(shí)別的功能，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到了題目設(shè)計(jì)要求。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，盡量簡化硬件電路的設(shè)計(jì)，極大發(fā)揮了降壓控制器LM5117芯片的功能，使系統(tǒng)的整體電路結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、運(yùn)行可靠.

參考文獻(xiàn)

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