具有负载识别的降压型开关稳压电源的设计

陈中瑾

摘 要：設计并制作一种降压型直流开关稳压电源，以TI公司的降压控制器LM5117芯片和CSD18532KCS MOS场效应管为核心器件。该系统由输入滤波模块、过流保护模块、DC/DC转换模块、输出滤波模块和负载识别模块等电路组成。经过测试，系统额定输入直流电压Uin为16V时，额定输出直流电压Uout为5V，且输出电流最大值Iomax≥3A，负载调整率Si≤5%，电压调整率Sv≤0.5%。

关键词：开关稳压电源；负载识别；LM5117

中图分类号：TN86 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）13-0082-02

Abstract： A step-down direct current （DC） switching power supply is designed and made， which is based on TI's step-down controller LM5117 chip and CSD18532KCS MOS field effect transistor （FET）. The system consists of the input filter module， the over current protection module， the DC/DC conversion module， the output filter module and the load identification module. After testing， the system rated output DC voltage of Uout is 5V when rated input Uin DC voltage is 16V. The maximum output current value Iomax≥3A， load regulation Si≤5%， and voltage adjustment rate is Sv≤0.5%.

Keywords： switching power supply； load identification； LM5117

1 系统方案设计

系统框图如图1所示。

主电路DC/DC模块以TI公司的LM5117芯片为核心器件。LM5117 是一款同步降压控制器，适用于高电压或各种输入电源的降压型稳压器应用。LM5117可利用自适应死区时间控制来驱动外部高边和低边NMOS功率开关管，可选的二极管仿真模式可实现非连续模式操作，提高轻负载条件下的效率，高电压偏置稳压器可利用外部偏置电源进一步提高效率。开关管选择MOS管。MOS管可以用作高速开关管，它是电压控制元件，在只允许从信号源取较少电流的情况下，应选用场效应管。

2 硬件电路设计

2.1 DC/DC电路模块

DC/DC电路模块原理图如图2所示。

利用作为反馈输入的电流监视功能（CM），LM5117可以配置为一个恒流型稳压器。取自VOUT至AGND的VCCDIS引脚的分压信号可用来防止输出过压。当VCCDIS引脚电压高于VCCDIS阈值时，控制器关闭VCC稳压器，VCC引脚电压下降。当VCC引脚电压低于VCC UV阈值时，HO和LO输出停止切换。由于VCC所需的时间延迟衰减到VCC UV阈值以下，过压保护在断续模式下运行。

2.2 负载识别模块

利用两块OP07芯片，两个端口识别电阻，通过正反相放大，精选放大电阻及两个端口间的电阻，制作负载识别电路，如图3所示。

3 测试方案与测试结果

3.1 测试方案

测试方案连接图如图4所示。

3.2 测试结果

（1）在额定输入电压16V直流下，输出电压偏差如表1所示。

（2）在额定输入电压16V直流下，最大输出电流如表2所示。

由电路提供16V的额定电压，串联数字万用表，测试其输出端的最大输出电流。从表2中可以看出，经过多次测试调整输出电流大于3A。

（3）将IO从满载IOmax变到轻载0.2IOmax时，负载调整率如表3所示。

（4）改变电路输入端提供的电压Vin变化到17.6V和13.6V，电压调整率如表4所示。

电压调整率表征稳压器稳压性能优劣的重要指标，利用公式

进行计算，据表4看出，设计的电路的实际电压调整率Sv≤0.5%。

4 结束语

以TI公司的降压控制器LM5117芯片和MOS场效应管为核心器件，设计并制作一种降压型直流开关稳压电源。经测试，系统额定输入直流电压Uin为16V时，额定输出直流电压Uout为5V，且输出电流最大值Iomax≥3A，负载调整率Si≤5%，电压调整率Sv≤0.5%，满足应用要求。

参考文献：

[1]宁武，唐晓宇，闫晓金.全国大学生电子设计竞赛基本技能指导[M].北京：电子工业出版社，2009（05）.

[2]王冬.浅析直流稳压电源故障机理[J].科技创新与应用，2012（16）：26.

[3]刘肖楠.直流稳压电源设计[J].科技创新与应用，2015（11）：178.

[4]李凤琴.稳压电源的设计与制作[J].科技创新与应用，2015（25）：88.