降壓型直流開關穩壓電源的設計與實現

陳敬穆+張仁永+肖林利+鄒春宇

【摘要】 為了提高輸出電壓、電流的穩定性，本文設計了一款降壓型DC/DC開關電源電路。采用降壓控制器LM5117芯片和CSD18532KCS MOS場效應管為核心器件組成的BUAK電路工作原理，然后對電路的各子電路：包括輸入電路、降壓電路和顯示電路進行了分析和設計，最后綜合子電路與芯片性能設計了整體電路。該電路在輸入電 壓16V，輸出電壓偏差 小于100mV； 最大輸出電流穩定在3A。

【關鍵字】 DC-DC變換器 LM5117 CSD18532KCS MOS場效應管

一、系統方案論證

開關電源方案采用LM5117用于高側MOSFET的CSD18563以及用于低側MOSFET的CSD18532 （X2）。該方案適用于高電壓或各種輸入電源的降壓型穩壓器應用。其控制方法采用仿真電流斜坡的電流模式控制。電流模式控制具有固有的輸入電壓前饋、逐周期電流限制和簡化環路補償的功能。使用仿真控制斜坡可降低脈寬調制電路對噪聲的敏感度，有助于實現高輸入電壓應用所必需的極小占空比的可靠控制，同時不會影響輸出紋波。

電流恒定控制采用場效應管CSD18532KCS構成壓控恒流源，再由LM5117芯片控制DC-DC實現降壓變換。該方案可以實現電壓線控制電源，增加了執行效率提高恒流效果。擁有超低的QG、QGD、雪崩額定值和邏輯電平等優點，并且不會影響輸出紋波，輸出電流波動較小。本文的過流保護如圖1所示，調整下MOS管Q2的源極電阻R14使輸出電流≥3.1A時，電路進入打嗝模式，啟動限流保護。

二、電路設計

LM5117包含一個雙電平UVLO（欠壓鎖定）電路。當UVLO低于0.4V時，LM5117處于關斷模式。關斷比較器可提供100 MV的遲滯，以避免轉換過程中的跳動（CHATTER）。當UVLO引腳的電壓高于0.4V，但低于1.25V時，控制器處于待機模式。在待機狀態下，VCC偏置穩壓器被激活，而 HO和LO驅動器被禁用，SS引腳保持低電平。此功能允許通過一個集電極開路或漏極開路器件將 UVLO引腳拉至低于0.4V，以實現遠程關斷功能。當VCC引腳超過其欠壓鎖定閾值，且UVLO引腳電壓高于1.25V時，HO和LO驅動器被啟用，并開始正常運行。

此處直接選取13.5V電壓能正常開機即可，根據UVLO=1.25V，這里選取電阻RUV2為91K，RUV1=10K，使得U=1.25*（91K+10K）/10K，即UIN>12.6V，此電路即可工作。

在MOS管導通的時間里，電感L會將通過的電流轉換為磁能，把能量貯存起來。電容C將通過電感L的那部分電流轉化為電荷貯存起來。在MOS管截止的時間里，電感L會產生反向電動勢，將其輸送給負載R并與續流二極管D組成回路，同時電容C將電荷轉換成電流向負載供電。

三、系統測試

為了減少誤差，測試方案采用，多次重復測試的方法進行。測量電路點如圖2所示（3、4、5、6、7為測量點）：

額定輸入電壓下，產品主要做了以下5組測試，測試結果如表1所示：

由表1可知：

①|？UO|在0.01～0.03V之間，符合|？UO|=|5V-UO| ≤100MV的設計要求；

②IOMAX在3.00～3.01之間，符合額定輸入電壓下，最大輸出電流：IO≥3A的設計要求；

③輸出噪聲紋波電壓峰峰值UOPP在32MV～40 MV之間。符合UOPP≤50MV（UIN=16V，IO=IOMAX）的設計要求；

參 考 文 獻

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