具有負載識別的降壓型開關穩壓電源的設計

陳中瑾

摘 要：設計并制作一種降壓型直流開關穩壓電源，以TI公司的降壓控制器LM5117芯片和CSD18532KCS MOS場效應管為核心器件。該系統由輸入濾波模塊、過流保護模塊、DC/DC轉換模塊、輸出濾波模塊和負載識別模塊等電路組成。經過測試，系統額定輸入直流電壓Uin為16V時，額定輸出直流電壓Uout為5V，且輸出電流最大值Iomax≥3A，負載調整率Si≤5%，電壓調整率Sv≤0.5%。

關鍵詞：開關穩壓電源；負載識別；LM5117

中圖分類號：TN86 文獻標志碼：A 文章編號：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 系統方案設計

系統框圖如圖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壓器應用。LM5117可利用自適應死區時間控制來驅動外部高邊和低邊NMOS功率開關管，可選的二極管仿真模式可實現非連續模式操作，提高輕負載條件下的效率，高電壓偏置穩壓器可利用外部偏置電源進一步提高效率。開關管選擇MOS管。MOS管可以用作高速開關管，它是電壓控制元件，在只允許從信號源取較少電流的情況下，應選用場效應管。

2 硬件電路設計

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視功能（CM），LM5117可以配置為一個恒流型穩壓器。取自VOUT至AGND的VCCDIS引腳的分壓信號可用來防止輸出過壓。當VCCDIS引腳電壓高于VCCDIS閾值時，控制器關閉VCC穩壓器，VCC引腳電壓下降。當VCC引腳電壓低于VCC UV閾值時，HO和LO輸出停止切換。由于VCC所需的時間延遲衰減到VCC UV閾值以下，過壓保護在斷續模式下運行。

2.2 負載識別模塊

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

3 測試方案與測試結果

3.1 測試方案

測試方案連接圖如圖4所示。

3.2 測試結果

（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，串聯數字萬用表，測試其輸出端的最大輸出電流。從表2中可以看出，經過多次測試調整輸出電流大于3A。

（3）將IO從滿載IOmax變到輕載0.2IOmax時，負載調整率如表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，電壓調整率如表4所示。

電壓調整率表征穩壓器穩壓性能優劣的重要指標，利用公式

進行計算，據表4看出，設計的電路的實際電壓調整率Sv≤0.5%。

4 結束語

以TI公司的降壓控制器LM5117芯片和MOS場效應管為核心器件，設計并制作一種降壓型直流開關穩壓電源。經測試，系統額定輸入直流電壓Uin為16V時，額定輸出直流電壓Uout為5V，且輸出電流最大值Iomax≥3A，負載調整率Si≤5%，電壓調整率Sv≤0.5%，滿足應用要求。

參考文獻：

[1]寧武，唐曉宇，閆曉金.全國大學生電子設計競賽基本技能指導[M].北京：電子工業出版社，2009（05）.

[2]王冬.淺析直流穩壓電源故障機理[J].科技創新與應用，2012（16）：26.

[3]劉肖楠.直流穩壓電源設計[J].科技創新與應用，2015（11）：178.

[4]李鳳琴.穩壓電源的設計與制作[J].科技創新與應用，2015（25）：88.