基于高效低纹波的车载降压变换器设计

辽宁工业大学 杨盛钰 宁 武

基于高效低纹波的车载降压变换器设计

辽宁工业大学 杨盛钰 宁 武

以汽车电源为设计基础设计车载电源转换器，利用同步降压控制器芯片LM5117和高性能MOS管CSD18532KCS为核心器件，完成了基于降压型DC/DC变换器的直流开关稳压电源，代替传统车载电源转换器，具有高效率的电源转换和低纹波输出，并有着过流保护的功能。

降压变换器；车载电源；过流保护；高效率；低纹波

0 引言

伴随着智能手机的出现，汽车上利用智能手机代替普通导航的现象已经普遍。但是智能手机的耗电量大而且普通车载电源转换器的转换效率低和纹波大的问题很容易造成智能手机以及其他车载电子设备的损坏，但是基于高效低纹波的车载降压变换器便可以很好的解决此类问题。此车载降压变换器对于传统电源转换器而言具有转换电压信号频率高，电压输出精度高，体积小，成本低等优势，可以很好的满足车载电源的需求，具有广阔的发展前景。

1 整体设计方案

本系统主要由降压型直流开关电源模块、过流保护模块两部分部分构成。降压控制器与场效应管构成直流开关电源模块，利用降压芯片内置的过流保护功能实现过流保护作用。降压直流稳压模块选择适用于各种输入电源的降压型稳压器且同步降压的LM5117芯片，采用具有固有的输入电压前馈、逐周期电流限制和简化环路补偿的功能的电流模式控制，提高转换效率。

图1 电路原理图

2 理论分析

2.1 DC-DC变换方法

通过控制MOS管的导通和关断实现对输出电压的调节。将低边MOS管和采样电阻串联实现对输出电流的采样并放大，使CM引脚的电压在1.25V左右波动，并将其接至VCCDIS端。若VCCDIS大于1.25V，内部VCC稳压器被禁用，从而实现过流保护功能。采用同步降压方式进行二极管仿真，可以提高输出效率。电感续流输出接电容实现平滑输出电压纹波的功能。输出端反馈接LM5117的FB实现基准电压0.8V的控制，同时环路补偿元件能够消除ESR零点和负载极点的影响。

2.2 稳压控制方法

LM5117包含一个内部高电压偏置器，为PWM控制器和NMOS栅极驱动器提供了VCC偏置电源。当输入电压低于VCC设定点电平时，VCC输出可用一个小压降来跟踪VIN引脚。

2.3 电流限制、过流保护电路

将LM5117的CM端输出的直接连到VCCDIS端。如果VCCDIS大于1.25V，内部VCC稳压器被禁用，当此引脚浮置时，可启用VCC稳压器。LM5117提供的平均输出电流信息有助于实现过流保护功能。CM输出的平均值可以用以下方法计算：

3 电路设计原理图与器件选择（见图1）

（1）输出电感Lo的选择

最大电感纹波电流出现在最大输入电压时。电感值可以用以下公式计算：

（2）电源开关管QH和QL的选择

功率NMOS器件的损耗可以分解为导通损耗、栅极充电损耗和开关损耗。导通损耗PDC约为：

（3）电流检测电阻RS的选择

电流检测电阻的计算表达式为：

（4）UVLO分压器RUV2、RUV1和CFT的选择

RUV1、RUV2 的值可以用下式计算：

4 纹波抑制及实物图

采用低ESR或多个电解电容并联来降低ESR。采用可消除滤波电感中的噪声并没有任何老化问题的铁硅铝电感，绕制电感时要单向分段绕制使寄生电容量小。采用单点接地，减少公共阻抗耦合问题。