具有負(fù)載識(shí)別的降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

陳中瑾

摘 要：設(shè)計(jì)并制作一種降壓型直流開關(guān)穩(wěn)壓電源，以TI公司的降壓控制器LM5117芯片和CSD18532KCS MOS場(chǎng)效應(yīng)管為核心器件。該系統(tǒng)由輸入濾波模塊、過流保護(hù)模塊、DC/DC轉(zhuǎn)換模塊、輸出濾波模塊和負(fù)載識(shí)別模塊等電路組成。經(jīng)過測(cè)試，系統(tǒng)額定輸入直流電壓Uin為16V時(shí)，額定輸出直流電壓Uout為5V，且輸出電流最大值Iomax≥3A，負(fù)載調(diào)整率Si≤5%，電壓調(diào)整率Sv≤0.5%。

關(guān)鍵詞：開關(guān)穩(wěn)壓電源；負(fù)載識(shí)別；LM5117

中圖分類號(hào)：TN86 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)框圖如圖1所示。

主電路DC/DC模塊以TI公司的LM5117芯片為核心器件。LM5117 是一款同步降壓控制器，適用于高電壓或各種輸入電源的降壓型穩(wěn)壓器應(yīng)用。LM5117可利用自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間控制來驅(qū)動(dòng)外部高邊和低邊NMOS功率開關(guān)管，可選的二極管仿真模式可實(shí)現(xiàn)非連續(xù)模式操作，提高輕負(fù)載條件下的效率，高電壓偏置穩(wěn)壓器可利用外部偏置電源進(jìn)一步提高效率。開關(guān)管選擇MOS管。MOS管可以用作高速開關(guān)管，它是電壓控制元件，在只允許從信號(hào)源取較少電流的情況下，應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 DC/DC電路模塊

DC/DC電路模塊原理圖如圖2所示。

利用作為反饋輸入的電流監(jiān)視功能（CM），LM5117可以配置為一個(gè)恒流型穩(wěn)壓器。取自VOUT至AGND的VCCDIS引腳的分壓信號(hào)可用來防止輸出過壓。當(dāng)VCCDIS引腳電壓高于VCCDIS閾值時(shí)，控制器關(guān)閉VCC穩(wěn)壓器，VCC引腳電壓下降。當(dāng)VCC引腳電壓低于VCC UV閾值時(shí)，HO和LO輸出停止切換。由于VCC所需的時(shí)間延遲衰減到VCC UV閾值以下，過壓保護(hù)在斷續(xù)模式下運(yùn)行。

2.2 負(fù)載識(shí)別模塊

利用兩塊OP07芯片，兩個(gè)端口識(shí)別電阻，通過正反相放大，精選放大電阻及兩個(gè)端口間的電阻，制作負(fù)載識(shí)別電路，如圖3所示。

3 測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果

3.1 測(cè)試方案

測(cè)試方案連接圖如圖4所示。

3.2 測(cè)試結(jié)果

（1）在額定輸入電壓16V直流下，輸出電壓偏差如表1所示。

（2）在額定輸入電壓16V直流下，最大輸出電流如表2所示。

由電路提供16V的額定電壓，串聯(lián)數(shù)字萬用表，測(cè)試其輸出端的最大輸出電流。從表2中可以看出，經(jīng)過多次測(cè)試調(diào)整輸出電流大于3A。

（3）將IO從滿載IOmax變到輕載0.2IOmax時(shí)，負(fù)載調(diào)整率如表3所示。

（4）改變電路輸入端提供的電壓Vin變化到17.6V和13.6V，電壓調(diào)整率如表4所示。

電壓調(diào)整率表征穩(wěn)壓器穩(wěn)壓性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)，利用公式

進(jìn)行計(jì)算，據(jù)表4看出，設(shè)計(jì)的電路的實(shí)際電壓調(diào)整率Sv≤0.5%。

4 結(jié)束語

以TI公司的降壓控制器LM5117芯片和MOS場(chǎng)效應(yīng)管為核心器件，設(shè)計(jì)并制作一種降壓型直流開關(guān)穩(wěn)壓電源。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)額定輸入直流電壓Uin為16V時(shí)，額定輸出直流電壓Uout為5V，且輸出電流最大值Iomax≥3A，負(fù)載調(diào)整率Si≤5%，電壓調(diào)整率Sv≤0.5%，滿足應(yīng)用要求。

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