降压型直流开关稳压电源的设计

(黄冈职业技术学院，湖北黄冈 438000)

降压型直流开关稳压电源的设计

吴克文

(黄冈职业技术学院，湖北黄冈 438000)

本降压型直流开关稳压电源以LM5117芯片和CSD18532KCS MOS场效应管为核心器件，实现了DC-DC变换功能，并以STM32f103zet6单片机作为主控制芯片，实现了过流保护控制、电阻负载识别以及实时显示输出电压、电流和功率等功能。该电路结构简单、输出电压稳定，直流转换效率高，能在直流转换场合得到广泛应用。

LM5117；CSD18532KCS；DC-DC转换；稳压

1 方案设计与论证

1.1 稳压电路的选择

方案一:以7805作为稳压电路的控制核心，该稳压集成块内部电路具有过压保护、过流保护、过热保护功能，性能稳定。但是最大输出电流不能满足要求。

方案二:以LM5117作为降压控制器，是基于采用仿真电流斜波的电流模式控制。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，而且还包括热关断、频率同步、断续模式限制和可调输入欠压锁定等功能。而且输出的电流较大，能满足题目的大电流的输出要求。

基于以上分析，要很好地完成题目的基本要求，经综合考虑后选择了方案二。

1.2 控制器的选择

方案一：选用AT89C51作为主控器件，用来实现题目所要求的各种功能。此方案最大的特点是系统规模可以做得很小，成本较低。但是AT89C51的CPU工作频率较低，功耗较高，资源不够丰富。

方案二：选用STM32f103zet6作为系统的控制核心，能实现题目所要求的功能，而且该芯片具有32位基于ARM核心的带512K字节闪存的微控制器USB、CAN、11个定时器、3个ADC、13个通信接口。最重要的是STM32f103zet6具有超低的功耗，这是其他控制器不可比拟的优势。

在此系统中，经过细致的思考，最终选择了使用STM32f103zet6作为整个系统的控制核心。

2 理论分析与计算

根据题目设计要求，要实现降压直流开关稳压，即实现DC-DC转换，并具有过流保护功能，能实时显示电压和电流值。由此设计的原理框图如图1所示。

图1 降压直流开关稳压的原理框图

2.1 DC-DC转换电路的分析与计算

根据LM5117降压控制器的应用特点及其特征，对其外围电路的分析与设计如下。

(1)定时电阻RT

(2)输出电感

(3)电流检测电阻RS

(4)输出分压器RFB2和RFB1

(5)环路补偿元件CCOMP、RCOMP和CHF

(6)斜坡电阻RRAMP和斜坡电容CRAMP

(7)UVLO分压器RUV2、RUV1和CFT

(8)开关管QH和QL

开关管，选择了CSD18532KCS MOS场效应管，与开关频率的协调一致。克服高边与低边MOS器件的损耗是比较不同器件相对效率的途径之一。功率MOS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。

(9)自举电容CHB和自举二极管DHB

在每个周期的开启期间，HB和SW引脚之间的自举电容提供栅极电流，对高边MOS器件栅极充电，还为自举二极管提供恢复电荷。这些电流峰值可达几安培。自举电容设置为0.47 uF。

为了更好消除纹波的大小，在输入和输出端接入了滤波电路，再结合以上分析计可得到DC-DC转换电路如图2所示。

2.2 过流保护电路的分析与计算

通过STM32f103zet6单片机控制电机驱动ULN2803，当超过设定电流值时，继电器工作，断开电源，对应电路图如图3所示。

3 软件设计

本设计采用STM32f103zet6处理器进行控制，应用A/D采样检测输出电压和电流，并计算出实际功率。通过预设保护电流值，实现过流保护，并能实时监控当前的电流和电压值。软件控制流程图如图4所示。

图2 DC-DC转换电路

图3 过流保护电路

图4 软件控制流程图

4 测试结果

4.1 输出电压测试

保持输入电压16V，通过调整输出电阻的大小，利用万用表测试输出电阻两端的电压，测试结果如表1所示。

表1 输出电压测试数据

4.2 输出电流测试

保持输入电压16V，通过调整输出电阻的大小，将万用表与输出电阻进行串联，测试结果如表2所示。

表2 输出电流测试数据

5 结 语

对于不熟悉的LM5117芯片和CSD18532KCS MOS场效应管，通过查询资料了解其基本应用功能，短时间了解了基本的工作原理，当然其中还存在一些问题尚待解决。

Abstract: In the designing of the step-down DC switch regulated power supply, LM5117 chip and CSD18532KCS MOS field effect tube are used as the core devices to make DC -DC transform function realized. STM32f103zet6 is used as the the main control chip to realize the over-current protection control, load resistance identification and real-time display of the output voltage, current and power etc.. The circuit can be widely used in DC conversion occasions due to its simple structure, stable output voltage and high DC conversion efficiency.

Keywords:LM5117; CSD18532KCS; DC-DC conversion; voltage regulator

(责任编辑：谭银元)

DesigningoftheStep-downDCSwitchRegulatedPowerSupply

WUKe-wen
(Huanggang Polytechnic College, Huanggang 438000, China)

TM56

A

1671-8100(2017)03-0023-04

湖北省职教学会关于2015年科学研究课题。

2017-04-05

吴克文，男，副教授。研究方向：计算机网络技术、计算机信息安全、WEB技术应用、电脑芯片级维修、数据恢复技术。