基于LM5117降壓型穩壓電源系統的設計方案

李丹鳳+方倪+畢騰尹+李夢飛+汪家璇+胡安正

（湖北文理學院 物理與電子工程學院 湖北 襄陽 441053）

摘 要： 本系統主要以降壓控制器LM5117芯片和CSD18532KCS MOS場效應管為核心器件，構成同步整流電路，設計系統為降壓型直流開關穩壓電源。測控模塊采用繼電器過流保護，監控輸出電流實現過流保護。系統可以實現：額定輸入電壓16V下，輸出電壓偏差|△UO|≤100mV，最大輸出電流可達到3A；輸出噪聲紋波電壓峰峰值UOPP≤50mV；IO從滿載變到IO max輕載0.2IO max時，負載調整率為 0.04 %；UIN變化到17.6V和13.6V，電壓調整率 0.06 %；效率μ可達到92.18%；具有過流保護功能，電源具有負載識別功能。系統滿足了各要求。

關鍵詞： 降壓芯片LM5117；CSD18532KCS；同步整流；過流保護；負載識別

1、系統方案論證與選擇

1.1抑制紋波電壓

采用電容及電感濾波電路，來降低紋波噪聲。通常情況下大電容用于濾除低頻紋波，而小電容則對中高頻濾波效果較好，在此系統中頻率為100KHz以上的開關電源使用小電容。此外，LM5117芯片的HO和LO在對兩個MOS管進行導通時，可能會出現上升沿和下降沿沒有及時的拉高和拉低，易產生電路波動。為解決這種可能現象，采用在LM5117芯片后加30Ω的電阻，且與電阻并聯有一個快速恢復二極管FR107。這樣可以讓PWM快速上拉和下降，MOS管的通斷就可以及時反應，電路的波動也會大大減小，從而為更好地減小了電路中的紋波提供了保障。

1.2電流采樣的選擇

采用康銅絲采樣放大電路，將康銅絲串入輸出回路，輸出電流將在康銅絲上形成電壓降，然后做差分放大處理。且康銅絲電阻具有較低的電阻溫度系數，較寬的使用溫度范圍（480℃以下），能夠提高采集電壓的穩定性。

1.3過流保護方案

采用繼電器過流保護電路，接通電源后，繼電器內會產生電磁效應，電磁力就會吸引銜鐵，讓它接觸到鐵芯，帶動銜鐵的常閉觸電與常開觸點吸合，在電流切斷后，電磁的吸力也就沒有了，銜鐵就又返回到原來的位置，將電路切斷。即電流達到電流繼電器的動作值時，按線路選擇性的要求，將電路切斷。

1.4 系統總體框圖

系統采用降壓控制器LM5117芯片和CSD18532KCS MOS場效應管為核心器件的降壓模塊、繼電器過流保護模塊、負載識別模塊組成，系統總體結構如圖1所示。

2、理論分析與硬件電路設計

2.1理論分析

2.1.1定時電阻RT

根據LM5117芯片的數據，本系統選擇開關頻率為100kHz；

由 ；故RT我們選取51kΩ；

2.1.2輸出電感LO

可由公式 計算；對于我們的電路，計算可得，電感不超過32μH即可，所以我們采用30μH電感，經由黃白磁環，單股繞制而成。

2.1.3電流檢測電阻RS

在系統采用的電路中，選擇K = 1，以控制次諧波振蕩和實現單周期阻尼。根據公式 換算可得RS為10mΩ。

2.2 電路設計

2.2.1過流保護電路設計

利用LM5117芯片10引腳CM，在電路中反饋出來的采樣值為0.4V。當CM輸出電流小于3.2A時，繼電器處于閉合狀態，電路正常工作。若電流對應的值大于3.2A對應的基準反饋值時，MOS管處于導通狀態。繼電器此時處于斷開狀態，按線路選擇性的要求，輸入電壓與電路斷開，如此可完全保護電路。

2.2.2降壓電路設計

采用降壓控制器LM5117芯片和 MOS場效應管降壓芯片，同時利用芯片內部產生的HO和LO兩路互補對稱的PWM形成同步整流電路。如圖2所示。

3、測試結果分析

經測試，額定輸入電壓16V下，輸出電壓偏差|？|≤100mV，最大輸出電流可達到3A；輸出噪聲紋波電壓峰峰值≤50mV；從滿載變到輕載0.2時，負載調整率為 0.2 %；變化到17.6V和13.6V，電壓調整率 0.04%；效率μ可達到 92.18 %；具有過流保護功能，電源具有負載識別功能。系統滿足了要求。

4、結束語

本系統主要以降壓控制器LM5117芯片和CSD18532KCS MOS場效應管為核心器件，設計并制作一個降壓型直流開關穩壓電源。采用硬件電路實現了過流保護和負載識別的功能，各項性能指標達到了題目設計要求。在系統的設計中，盡量簡化硬件電路的設計，極大發揮了降壓控制器LM5117芯片的功能，使系統的整體電路結構簡單、性能穩定、運行可靠.

參考文獻

[1] 劉磊，李斌，張園，李平.《降壓型直流開關穩壓電源——2016江蘇省大學生電子設計競賽 A題解析》[J].電子制作.2016（21）.

[2] 張超洋，周啟忠，張濤.《一種高效率低紋波的降壓型DC-DC變換器設計》 宜賓學院學報2016年，第12期：11-15頁.

[3] 董蘊慧，張程，徐鳴洲，燕高輝.《降壓型直流開關穩壓電源》通訊世界2017年，第1期： 270-271頁.