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場效應管為核心器件，設計并制作一個降壓型直流開關穩壓電源，整個系統分為兩種模式，一種是恒壓，另一種是恒流，輸入16V時，輸出直流電壓為5v，輸出電流可調并大干3A，具備過流保護功能和識別負載能力，輸出噪聲紋波電壓峰峰值達到題目要求，電源實測效率達到89.8%。

【關鍵詞】降壓型直流開關穩壓 LM5117CSD18532KCS MOS場效應管

1 方案選擇

采用TI公司 的LM5117和MOSKSD18532CS可實現一個恒壓和恒流型穩壓功能。電路簡潔，頻率為50KHZ ∽ 750KHZ，電壓恒定，電流可調并可達9A，紋波小、效率高。

1.1 方案描述

本設計采用將LM5117和MOSKSD18532CS配置為一個恒壓和恒流型穩壓器，即所謂CV+CC穩壓器。整個系統分為兩種模式，一種是恒壓，另一種是恒流，輸入16V時，輸出直流電壓為5V，輸出電流可調并大于3A，具備過流保護功能和識別負載能力，輸出噪聲紋波電壓峰峰值UOPP<50%，電源實測效率達到89.8%。本設計原理方框圖如圖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，能夠穩定的3.3A峰值柵極驅動，還可以自適應死區時問輸出驅動器控制，最重要的是具有模擬電流監視器和自我保護功能，整個電路效率較高，易于實現，電路穩定性好。

1.3 MOS開關電路

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標準，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 理論分析與計算

2.1 理論分析

2.1.1 穩壓控制方法

LM5117芯片上電后，當UVLO腳電壓超過1.25V閾值時，為芯片提供20mA的灌電流，并且激勵芯片工作，在15腳和18腳產生開關脈沖推動MOSFET管KSD1853CS，

Vou，有輸出，為使Vou，恒定，通過在Vu，取得負反饋電壓給FB形成閉環可控系統，在RAMP斜坡頻率的改變下實現脈寬和占空比調節，從而達到穩壓控制。

2.1.2 DC-DC變換方法

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

2.1.3降低紋波的方法

采用多級濾波。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。本系統采用π型濾波，降低了輸出紋波。

3 電路設計與分析

3.1 元件選擇

3.1.1 輸出電感選取與計算

本系統采用330 uH的電感，輸出電感L_c最大電感紋波電流出現在最大輸入電壓時。己知開關頻率、最大紋波電流、最大輸入電壓和標稱輸出電壓，電感值可以用以下公式計算：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，這個設計選擇的值為0.47μF。

3.3 環路補償元件的選取

本系統采用的是27.4K，Comp本系統采用的是25nF，已知Comp，CHF可計算，本系統采用18 9pF

3.4 輸出電容CO

對于這個設計實例，選擇了一個最大ESR為20 mΩ的470μF電解電容作為主輸出電容。

4測試方案與測試結果

4.1 系統測試與數據

（1）電壓調整率，如表1所示。

（2）系統整體效率η，如表2所示。

（3）紋波電壓峰峰值：Uopp=325mV。

4.2測試結果分析

我們實現本系統效率達到89.9%，高于設計要求。設計并制作一個降壓型直流開關穩壓電源，為降壓型直流開關穩壓電源提供參考價值，具有較為廣泛、深遠的意義與實用價值，有著較為廣泛的前景。

參考文獻

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