可控恒流的小功率高效率直流電源

鄭敏

摘要：本論文以Buck降壓斬波為核心，以TI公司的降壓控制器LM5117芯片CSD18532KCS MOS場效應(yīng)管為核心器件，設(shè)計(jì)并制作一個(gè)降壓型直流開關(guān)穩(wěn)壓電源，整個(gè)系統(tǒng)分為兩種模式，一種是恒壓，另一種是恒流，輸入16V時(shí)，輸出直流電壓為5v，輸出電流可調(diào)并大干3A，具備過流保護(hù)功能和識(shí)別負(fù)載能力，輸出噪聲紋波電壓峰峰值達(dá)到題目要求，電源實(shí)測效率達(dá)到89.8%。

【關(guān)鍵詞】降壓型直流開關(guān)穩(wěn)壓 LM5117CSD18532KCS MOS場效應(yīng)管

1 方案選擇

采用TI公司 的LM5117和MOSKSD18532CS可實(shí)現(xiàn)一個(gè)恒壓和恒流型穩(wěn)壓功能。電路簡潔，頻率為50KHZ ∽ 750KHZ，電壓恒定，電流可調(diào)并可達(dá)9A，紋波小、效率高。

1.1 方案描述

本設(shè)計(jì)采用將LM5117和MOSKSD18532CS配置為一個(gè)恒壓和恒流型穩(wěn)壓器，即所謂CV+CC穩(wěn)壓器。整個(gè)系統(tǒng)分為兩種模式，一種是恒壓，另一種是恒流，輸入16V時(shí)，輸出直流電壓為5V，輸出電流可調(diào)并大于3A，具備過流保護(hù)功能和識(shí)別負(fù)載能力，輸出噪聲紋波電壓峰峰值UOPP<50%，電源實(shí)測效率達(dá)到89.8%。本設(shè)計(jì)原理方框圖如圖1所示。

1.2 電路原理

采用TI公司提供的核心器件LM5117和KSD18532CS。LM5117的工作電壓5.5V至65V寬工作電壓范圍，能夠穩(wěn)定的3.3A峰值柵極驅(qū)動(dòng)，還可以自適應(yīng)死區(qū)時(shí)問輸出驅(qū)動(dòng)器控制，最重要的是具有模擬電流監(jiān)視器和自我保護(hù)功能，整個(gè)電路效率較高，易于實(shí)現(xiàn)，電路穩(wěn)定性好。

1.3 MOS開關(guān)電路

采用KSD18532KCS，主要特性如下：

低熱阻，雪崩額定值，邏輯電平，無鉛端子鍍層，符合ROHS標(biāo)準(zhǔn)，無鹵素，晶體管（T0）-220塑料封裝。綜合比較KSD18532KCS耐壓值較高，工作效率高，所以選擇KSD18532KCS。

2 理論分析與計(jì)算

2.1 理論分析

2.1.1 穩(wěn)壓控制方法

LM5117芯片上電后，當(dāng)UVLO腳電壓超過1.25V閾值時(shí)，為芯片提供20mA的灌電流，并且激勵(lì)芯片工作，在15腳和18腳產(chǎn)生開關(guān)脈沖推動(dòng)MOSFET管KSD1853CS，

Vou，有輸出，為使Vou，恒定，通過在Vu，取得負(fù)反饋電壓給FB形成閉環(huán)可控系統(tǒng)，在RAMP斜坡頻率的改變下實(shí)現(xiàn)脈寬和占空比調(diào)節(jié)，從而達(dá)到穩(wěn)壓控制。

2.1.2 DC-DC變換方法

本系統(tǒng)采用高速開關(guān)器件CSD18532KCSMOS場效應(yīng)管，控制器采用LM5117的15腳和8腳輸出PWM分別控制主/從MOS管，可根據(jù)輸出電壓（或電流）要求，調(diào)整PWM頻率和占空比，從而得到所要求的電壓和功率，且線性更高和負(fù)載能力更強(qiáng)的直流電流。

2.1.3降低紋波的方法

采用多級(jí)濾波。一般濾波多采用C型、LC型、π型，為了更好的抑制紋波，可以增加多一級(jí)LC濾波。也可以加大輸出高頻濾波器，可以抑制輸出高頻紋波。本系統(tǒng)采用π型濾波，降低了輸出紋波。

3 電路設(shè)計(jì)與分析

3.1 元件選擇

3.1.1 輸出電感選取與計(jì)算

本系統(tǒng)采用330 uH的電感，輸出電感L_c最大電感紋波電流出現(xiàn)在最大輸入電壓時(shí)。己知開關(guān)頻率、最大紋波電流、最大輸入電壓和標(biāo)稱輸出電壓，電感值可以用以下公式計(jì)算：L=5V/3A×130KH2×（l-5V/12V）=330uH

3.1.2 啟振電阻的選取

可以用下而的公式計(jì)算電阻RT值：

RT=（K*10⁹）/（130*10³-948）取RT為150K

3.2 自舉電容C HB和自舉二極管DHB

在每個(gè)周期的開啟期問，HB和sw引腳之問的自舉電容提供柵極電流，Qg是高邊NMOS柵極電荷，AVHB是CHB上的容許電壓降，通常不到VCC的5%或保守值為0.15V，這個(gè)設(shè)計(jì)選擇的值為0.47μF。

3.3 環(huán)路補(bǔ)償元件的選取

本系統(tǒng)采用的是27.4K，Comp本系統(tǒng)采用的是25nF，已知Comp，CHF可計(jì)算，本系統(tǒng)采用18 9pF

3.4 輸出電容CO

對于這個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例，選擇了一個(gè)最大ESR為20 mΩ的470μF電解電容作為主輸出電容。

4測試方案與測試結(jié)果

4.1 系統(tǒng)測試與數(shù)據(jù)

（1）電壓調(diào)整率，如表1所示。

（2）系統(tǒng)整體效率η，如表2所示。

（3）紋波電壓峰峰值：Uopp=325mV。

4.2測試結(jié)果分析

我們實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)效率達(dá)到89.9%，高于設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)并制作一個(gè)降壓型直流開關(guān)穩(wěn)壓電源，為降壓型直流開關(guān)穩(wěn)壓電源提供參考價(jià)值，具有較為廣泛、深遠(yuǎn)的意義與實(shí)用價(jià)值，有著較為廣泛的前景。

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