降压型直流开关稳压电源的设计与实现

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.

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