可控恒流的小功率高效率直流电源
2018-01-30郑敏
郑敏
摘要：本论文以Buck降压斩波为核心，以TI公司的降压控制器LM5117芯片CSD18532KCS MOS场效应管为核心器件，设计并制作一個降压型直流开关稳压电源，整个系统分为两种模式，一种是恒压，另一种是恒流，输入16V时，输出直流电压为5v，输出电流可调并大干3A，具备过流保护功能和识别负载能力，输出噪声纹波电压峰峰值达到题目要求，电源实测效率达到89.8%。
【关键词】降压型直流开关稳压 LM5117CSD18532KCS MOS场效应管
1 方案选择
采用TI公司 的LM5117和MOSKSD18532CS可实现一个恒压和恒流型稳压功能。电路简洁，频率为50KHZ ∽ 750KHZ，电压恒定，电流可调并可达9A，纹波小、效率高。
1.1 方案描述
本设计采用将LM5117和MOSKSD18532CS配置为一个恒压和恒流型稳压器，即所谓CV+CC稳压器。整个系统分为两种模式，一种是恒压，另一种是恒流，输入16V时，输出直流电压为5V，输出电流可调并大于3A，具备过流保护功能和识别负载能力，输出噪声纹波电压峰峰值UOPP<50%，电源实测效率达到89.8%。本设计原理方框图如图1所示。
1.2 电路原理
采用TI公司提供的核心器件LM5117和KSD18532CS。LM5117的工作电压5.5V至65V宽工作电压范围，能够稳定的3.3A峰值栅极驱动，还可以自适应死区时问输出驱动器控制，最重要的是具有模拟电流监视器和自我保护功能，整个电路效率较高，易于实现，电路稳定性好。
1.3 MOS开关电路
采用KSD18532KCS，主要特性如下：
低热阻，雪崩额定值，逻辑电平，无铅端子镀层，符合ROHS标准，无卤素，晶体管（T0）-220塑料封装。综合比较KSD18532KCS耐压值较高，工作效率高，所以选择KSD18532KCS。
2 理论分析与计算
2.1 理论分析
2.1.1 稳压控制方法
LM5117芯片上电后，当UVLO脚电压超过1.25V阈值时，为芯片提供20mA的灌电流，并且激励芯片工作，在15脚和18脚产生开关脉冲推动MOSFET管KSD1853CS，
Vou，有输出，为使Vou，恒定，通过在Vu，取得负反馈电压给FB形成闭环可控系统，在RAMP斜坡频率的改变下实现脉宽和占空比调节，从而达到稳压控制。
2.1.2 DC-DC变换方法
本系统采用高速开关器件CSD18532KCSMOS场效应管，控制器采用LM5117的15脚和8脚输出PWM分别控制主/从MOS管，可根据输出电压（或电流）要求，调整PWM频率和占空比，从而得到所要求的电压和功率，且线性更高和负载能力更强的直流电流。
2.1.3降低纹波的方法
采用多级滤波。一般滤波多采用C型、LC型、π型，为了更好的抑制纹波，可以增加多一级LC滤波。也可以加大输出高频滤波器，可以抑制输出高频纹波。本系统采用π型滤波，降低了输出纹波。
3 电路设计与分析
3.1 元件选择
3.1.1 输出电感选取与计算
本系统采用330 uH的电感，输出电感Lc最大电感纹波电流出现在最大输入电压时。己知开关频率、最大纹波电流、最大输入电压和标称输出电压，电感值可以用以下公式计算：L=5V/3A×130KH2×（l-5V/12V）=330uH
3.1.2 启振电阻的选取
可以用下而的公式计算电阻RT值：
RT=（K*109）/（130*103-948）取RT为150K
3.2 自举电容C HB和自举二极管DHB
在每个周期的开启期问，HB和sw引脚之问的自举电容提供栅极电流，Qg是高边NMOS栅极电荷，AVHB是CHB上的容许电压降，通常不到VCC的5%或保守值为0.15V，这个设计选择的值为0.47μF。
3.3 环路补偿元件的选取
本系统采用的是27.4K，Comp本系统采用的是25nF，已知Comp，CHF可计算，本系统采用18 9pF
3.4 输出电容CO
对于这个设计实例，选择了一个最大ESR为20 mΩ的470μF电解电容作为主输出电容。
4测试方案与测试结果
4.1 系统测试与数据
（1）电压调整率，如表1所示。
（2）系统整体效率η，如表2所示。
（3）纹波电压峰峰值：Uopp=325mV。
4.2测试结果分析
我们实现本系统效率达到89.9%，高于设计要求。设计并制作一个降压型直流开关稳压电源，为降压型直流开关稳压电源提供参考价值，具有较为广泛、深远的意义与实用价值，有着较为广泛的前景。
参考文献
[1]康光华，电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2013.
[2]黄智伟编著，《全国大学生电子设计竞赛》系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.
[3]陈永真等编著，《全国大学生电子设计竞赛》硬件电路设计[M].北京：电子工业出版社，2009.endprint
