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 LM5117 CSD18532KCS场效应管
1．设计任务
1.1根本要求
〔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，可以通过调节电流控制，电压控制两局部的开合关系，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
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展滤除，对于高频纹波，那么利用多级滤波的方式，来进展滤除。
〔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，最终决定采用目前比拟成熟的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，那么负载上也得到另一个直流电压，这就是DC-DC的根本手段，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时，开关上同时存在电压、电流，损耗是比拟大的，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展取样，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 比拟器通过一个 1.2V 部压降，比拟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，进而到达控制输出电压的作用。在芯片的P引脚接入环路补偿元件，通过改变其数值可配置误差放大器的增益和相位特性。
图3-1
4.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，首先进展开关频率选择，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，为了到达任务要求，到达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，输出电容要承当更大的负荷。选择的纹波电流为 3.2A 的 40％。开关频率、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：
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