降压型直流开关稳压电源.doc

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1、降压型直流开关稳压电源（A题）学校：东北石油大学参赛选手：卢鑫坡曲记锋宋忠民指导教师：明摘要:本系统以TI公司的LM5117及CSD18532KCS场效应管为核心，设计制作了该降压型开关直流稳压电源。额定输出电压为5V，输出电流最大值为3A。该系统前端是以LM5117为核心构成的DC-DC直流转直流降压电路，从而确定所需的PWM调制方式，经过几级滤波最终去除纹波，完成了总体电路的设计。该作品很好地满足了竞赛题目要求。关键词：开关电源LM5117CSD18532KCS场效应管1．设计任务1.1基本要

2、求（1）额定输入电压下，输出电压偏差：；（2）额定输入电压下，最大输出电流：；（3）输出噪声纹波电压峰峰值：；（4）从满载变到轻载时，负载调整率：；（5）变化到17.6V和13.6V，电压调整率：（6）效率；（7）具有过流保护功能，动作电流；（8）增加1个二端子端口，即输出控制端口，端口可外接电阻R（1k-10k）。电源输出电压由下式确定：；（9）尽量减小电源重量，使电源不含负载的重量不大于0.2Kg；2.系统方案2.1方案提出利用LM5117制作一个恒流稳压器，经查该芯片数据手册知，可以通过调节

3、电流控制，电压控制两部分的开合关系，来实现升压和降压的功能，最终达成DC-DC变换的目的。具体电路原理图如后图5-1所示。2.2系统整体框图DC-DC降压部分去耦滤波消除高频噪音直流输入部分负载环形路型补偿仿真电流检测5V、3A直流输出去耦滤波RC滤波图2-1降压型开关稳压电源设计总体框图3.电路理论分析3.1具体实现方法（1）降低纹波的方法利用前馈控制的方法对低频纹波进行滤除，对于高频纹波，则利用多级滤波的方式，来进行滤除。（2）DC-DC变换方法在DC-DC控制方法的选择上，我们考虑了很多，最

4、终决定采用目前比较成熟的PW脉宽调制技术来实现对该系统的数字化控制，把直流电压变换为另一数值的直流电压最简单方法是串联一个电阻，这样不涉及变频的问题，显得很简单，但是效率低。用一个半导体功率器件作为开关，使带有滤波器（L或/和C）的负载线路与直流电压一会儿接通，一会儿断开，则负载上也得到另一个直流电压，这就是DC-DC的基本手段，类似于“斩波”（Chop）作用。 一个周期Ts，电子开关接通时间ton所占整个周期Ts的比例，称接通占空比（D，D）=ton/Ts；断开时间toff所占Ts比例，称断开占

5、空比（D，D）= toff/Ts。很明显，接通占空比越大，负载上电压越高；1/Ts=fs称开关频率，fs越高，负载上电压也越高。这种DC-DC变换器中的开关都在某一固定频率下（如几百千赫兹）工作，这种保持开关频率恒定，但改变接通时间长短（即脉冲的宽度），使负载变化时，负载上电压变化不大的方法，称脉宽调制法（Pulse Width Modulation,简称为PWM）。由于电子开关按外加控制脉冲而通断，控制与本身流过的电流、二端所加的电压无关，因此电子开关称为“硬开关”。很明显，由于硬开关关断和开通

6、时，开关上同时存在电压、电流，损耗是比较大的，但无论如何比串联电阻变换方法损耗小得多。这就是开关电源的优点之一，整个控制系统的整体框图如图3-1所示。（3）稳压控制方法在输出端对输出电压进行取样，得到的样本电压传输至LM5117的FB端口接到部误差放大器反相输入端，部高增益误差放大器可以产生一个与FB引脚电压和部高精度0.8V基准之差成正比的误差信号。PWM比较器通过一个1.2V部压降，比较取自斜坡发生器的仿真电流检测信号和误差信号，控制PWM信号，进而达到控制输出电压的作用。在芯片的COMP引脚

7、接入环路补偿元件，通过改变其数值可配置误差放大器的增益和相位特性。图3-14.元器件选择与参数计算4.1确定开关频率为了方便后续电源相关元器件参数选择，首先进行开关频率选择，根据技术手册，较高频率的应用体积较小，等损耗较高。在本次设计中，为了达到任务要求，达到高效率小尺寸的要求，采用230kHz作为折中方案。同时根据确定频率确定定时电阻4.2输出电感最大电感纹波电流出现在最大输入电压时。根据技术手册，为了平滑输出的纹波电压，输出电容要承担更大的负荷。选择的纹波电流为3.2A的40％。已知开关频率、

8、最大纹波电流、最大输入电压和标称输出电压，电感值可以用以下公式计算：[H]=12.1μH(4.2.1)根据公式计算选择最接近标准值为10μH.4.3电流检测电阻由于LM5117采用了一个独特的斜坡发生器，它可以重建电流信号，表征或仿真电感器电流为PWM比较器提供了一个斜坡信号，此信号没前沿尖峰，无需测量或滤波延迟，并保持了传统峰值电流模式控制的优点。电流重建包括采样和保持直流电平和仿真的电感电流斜坡。如图4-1所示。图4-1正斜率电感电流斜坡是连接在RAMP和AGND之间的，以及连