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降压型直流开关稳压电源的设计与实现

2017-03-01陈敬穆张仁永肖林利邹春宇

中国新通信 2016年23期
关键词:电感电流电压

陈敬穆+张仁永+肖林利+邹春宇

【摘要】 为了提高输出电压、电流的稳定性,本文设计了一款降压型DC/DC开关电源电路。采用降压控制器LM5117芯片和CSD18532KCS MOS場效应管为核心器件组成的BUAK电路工作原理,然后对电路的各子电路:包括输入电路、降压电路和显示电路进行了分析和设计,最后综合子电路与芯片性能设计了整体电路。该电路在输入电 压16V,输出电压偏差 小于100mV; 最大输出电流稳定在3A。

【关键字】 DC-DC变换器 LM5117 CSD18532KCS MOS场效应管

一、系统方案论证

开关电源方案采用LM5117用于高侧MOSFET的CSD18563以及用于低侧MOSFET的CSD18532 (X2)。该方案适用于高电压或各种输入电源的降压型稳压器应用。其控制方法采用仿真电流斜坡的电流模式控制。电流模式控制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。使用仿真控制斜坡可降低脉宽调制电路对噪声的敏感度,有助于实现高输入电压应用所必需的极小占空比的可靠控制,同时不会影响输出纹波。

电流恒定控制采用场效应管CSD18532KCS构成压控恒流源,再由LM5117芯片控制DC-DC实现降压变换。该方案可以实现电压线控制电源,增加了执行效率提高恒流效果。拥有超低的QG、QGD、雪崩额定值和逻辑电平等优点,并且不会影响输出纹波,输出电流波动较小。本文的过流保护如图1所示,调整下MOS管Q2的源极电阻R14使输出电流≥3.1A时,电路进入打嗝模式,启动限流保护。

二、电路设计

LM5117包含一个双电平UVLO(欠压锁定)电路。当UVLO低于0.4V时,LM5117处于关断模式。关断比较器可提供100 MV的迟滞,以避免转换过程中的跳动(CHATTER)。当UVLO引脚的电压高于0.4V,但低于1.25V时,控制器处于待机模式。在待机状态下,VCC偏置稳压器被激活,而 HO和LO驱动器被禁用,SS引脚保持低电平。此功能允许通过一个集电极开路或漏极开路器件将 UVLO引脚拉至低于0.4V,以实现远程关断功能。当VCC引脚超过其欠压锁定阈值,且UVLO引脚电压高于1.25V时,HO和LO驱动器被启用,并开始正常运行。

此处直接选取13.5V电压能正常开机即可,根据UVLO=1.25V,这里选取电阻RUV2为91K,RUV1=10K,使得U=1.25*(91K+10K)/10K,即UIN>12.6V,此电路即可工作。

在MOS管导通的时间里,电感L会将通过的电流转换为磁能,把能量贮存起来。电容C将通过电感L的那部分电流转化为电荷贮存起来。在MOS管截止的时间里,电感L会产生反向电动势,将其输送给负载R并与续流二极管D组成回路,同时电容C将电荷转换成电流向负载供电。

三、系统测试

为了减少误差,测试方案采用,多次重复测试的方法进行。测量电路点如图2所示(3、4、5、6、7为测量点):

额定输入电压下,产品主要做了以下5组测试,测试结果如表1所示:

由表1可知:

①|?UO|在0.01~0.03V之间,符合|?UO|=|5V-UO| ≤100MV的设计要求;

②IOMAX在3.00~3.01之间,符合额定输入电压下,最大输出电流:IO≥3A的设计要求;

③输出噪声纹波电压峰峰值UOPP在32MV~40 MV之间。符合UOPP≤50MV(UIN=16V,IO=IOMAX)的设计要求;

参 考 文 献

[1]侯振义.直流开关电源技术及应用[M].北京:电子工业出版社.2015,P17-39.

[2]张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].电子工业出版社,2011,P35-58.

[3]王水平,付敏江.开关稳压电源.原理、设计与实用电路.[M]西安:西安电子科技大学出版社,2009,P127-136.

[4]沙占友,王彦朋,孟志永等.单片开关电源最新应用技术[M].北京:机械工业出版社,2001,P100-117.

[5]王英剑,常敏慧,何希才.新型开关电源实用技术[M].北京:电子工业出版社,2013,P29-36.

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