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LM5117与CSD18532KCS驱动的高效降压直流稳压电源设计
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更新于2024-08-03
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降压型直流开关稳压电源设计文档详细探讨了利用TI公司的LM5117降压控制器和CSD18532KCS MOS场效应管构建的高效电源系统。该系统的主要目标是将输入的16V直流电压转换为5V直流,并支持0至的最大输出电流,同时具备负载识别功能,能够智能适应不同负载需求。 核心组件LM5117是一个同步降压控制器,它采用电流模式控制,通过内置的仿真电流斜坡来实现快速、精确的电压调节。这种控制方式提供了输入电压前馈、逐周期电流限制和简化环路补偿,确保了输出电压的稳定性和响应速度。CSD18532KCS MOS场效应管作为开关元件,其高开关频率和低导通电阻有助于提高电源的效率。 设计方案中,选择了直接直流变流电路的Buck变换器,相对于间接直流变流电路,它具有结构简单、损耗小和效率高的优点。Buck变换器的工作原理是通过PWM信号控制开关的导通和截止,通过调整占空比来调节输出电压,使得输出电压能够随负载变化而自动调整,从而实现了负载识别功能。 稳压控制方面,方案二采用了LM5117的模拟电流监视器,这使得控制更为智能化,无需复杂的单片机算法就能实现快速的电压调整和过流保护。相比之下,方案一虽然通过A/D转换和软件控制来实现,但速度较慢,输出稳定性较差。 整个系统的特点包括快速调整速度、高精度、低电压调整率和负载调整率、高效率、小型化和轻量化,以及输出纹波小,这些特性使得它在现代电子设备中具有广泛的应用前景,特别是在计算机、通信、航空航天、仪器仪表和家用电器等领域,对电源性能的要求越来越高,降压型直流开关稳压电源凭借其优势正逐渐取代传统的线性电源。
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摘要
随着开关电源在计算机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的广泛应
用, 人们对其需求量日益增长, 并且对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面
提出了更高的要求。开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面
逐步取代了效率低、又笨又重的线性电源。
本系统是以 TI 公司的降压控制器 LM5117 芯片和 CSD18532KCS MOS 场
效应管为核心器件设计而成的一个降压型直流开关稳压电源。该系统能实现
16V 到 5V 直流电压的转换,输出电流范围是 0~
3A
,且电源有识别负载的功
能。本系统具有调整速度快,精度高,电压调整率低,负载调整率低,效率高,
体积小,重量轻,输出纹波小等优点。
关键词:LM5117;CSD18532KCS;稳压电源;负载识别。
一、方案论证
本系统主要由DC-DC 变换电路模块、控制模块、过电流保护模块、负载识别模块组
成,下面分别论证这几个模块的选择。
1.1 电源变换电路方案论证
通过分析题目任务与要求,将输入16V 的直流电转换为稳定的5V 直流电源,即实
现直流-直流电压的变换。
方案一:间接直流变流电路:直流经过逆变电路之后成为交流再经变压器后整流滤
波得到所要求的直流电源。该方案可以实现输入与输出的隔离,适用于输入电压与输出
电压之比远小于或大于 1 的情况,但由于采用多次变换,电路中的损耗大,效率低,而
且结构较为复杂。
方案二:直接直流变流电路,Buck 变换器:也称降压式变换器。电路图如图1-1 所
示。开关的通断受外部 PWM 信号控制,输出电压与输入电压的关系为
U
o
=
Ton
T
∗
E,通
过改变占空比可以相应实现输出电压的变化,该电路采用直接直流变流的方式实现降压,
电路结构较为简单,损耗较小,效率较高。
综合比较,我们选择方案二。
1.2 稳压控制方法的方案选择
方案一:采用单片机产生 PWM 波,控制开关的导通与截止。根据A/D 后的反馈电压
程控改变占空比,使输出电压稳定在设定值。负载电流在康铜丝上的取样经 A/D 后输入
单片机,当该电压达到一定值时关闭开关管,形成过流保护。该方案主要由软件实现,
控制算法比较复杂,速度慢,输出电压稳定性不好,实现起来比较复杂。
方案二:采用具有模拟电流监视器的宽输入范围同步降压控制器 LM5117,适用于
高电压或各种输入电源的降压型稳压器应用。其控制方法基于采用仿真电流斜坡的电流
模式控制。电流模式控制具有固有的输入电压前馈、逐周期电流限制和简化环路补偿的
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