基于LM5117降壓型直流開關穩(wěn)壓電源設計

　　引言

　　本設計利用LM5117DC降壓變換器的一款基于同步整流裝置的開關電源。本設計充分利用了LM5117片上的資源，對輸出電壓、電流等特征進行采集，并利用片內誤差放大器放大，構成電壓-電流調節(jié)反饋回路。在整個設計中，同步整流拓撲的利用，大大提高了裝置的運行效率，同時減少了傳統(tǒng)BUCK降壓變換裝置中二極管的帶來的壓降，以及二極管反向恢復對電路造成的影響。應用LM5117特殊的電流斜坡模擬，以及逐周期限流等多種功能，構成了一個高效穩(wěn)定的電壓穩(wěn)定系統(tǒng)。隨著電力電子技術的高速發(fā)展，IT、安防、高鐵、智能工廠等新興領域的智能化應用也將大大推進開關電源市場的發(fā)展。

　　1電路設計

　　主電路部分設計主要包括電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路設計。變壓器把高壓交流電變?yōu)樗枰煞?穩(wěn)壓器把波動較大的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出;一般的低壓交流電，整流器把交流電變?yōu)槊}動直流電;濾波器濾除直流中的交流通過閉環(huán)反饋控制和擴大輸出電流來提高電源性能。為了提高電源的使用可靠性和安全性能，通常需設計一些簡單的保護電路，如過壓、過流保護等。

　　圖1系統(tǒng)總體框圖

　　1.1系統(tǒng)降低紋波電路設計

　　二極管后接電感(EMI濾波)：這也是常用的抑制高頻噪聲的方法。針對產生噪聲的頻率，選擇合適的電感元件，同樣能夠有效地抑制噪聲。需要注意的是，電感的額定電流要滿足實際的要求。圖2是EMI濾波器原理圖設計.

　　圖2 EMI濾波器原理圖

　　圖2中的L為參考電感，共模電感的磁環(huán)上繞有2個方向相反但匝數相同的線圈，能夠抑制差模干擾。圖中CX為差模電容，CX1和CX2 主要作用是抑制L、N與中性線間的干擾，其還能夠承受L與中性線N間的電壓，在自身失效后，避免出現電擊穿現象。

　　1.2 降壓型DC-DC變換器主回路設計

　　這里把直流電壓變換為另一數值的直流電壓是用一個半導體功率器件作為開關，使帶有濾波器(L或/和C)的負載線路與直流電壓一會兒接通，一會兒斷開，則負載上也得到另一個直流電壓，這就是DC-DC的基本手段，類似于“斬波”作用，主回路電路如圖3所示。

　　圖3主回路電路圖

　　1.3 穩(wěn)壓控制電路電路設計

　　直流穩(wěn)壓電源的設計一般包括變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個基本環(huán)節(jié)。為了提高電源的質量及其可靠性，需對電源輸出電壓進行采樣、比較、放大，并用此誤差放大信號來調節(jié)其輸入電壓，使得負載變化時輸出電壓保持穩(wěn)定。

　　1.4主回路與器件參數計算

　　2測試方案與測試結果

　　2.1測試方案與條件

        2.2測試結果及分析

　　(1)測試結果(數據)如圖4所示。

　　圖4 測試結果圖

　　(2)測試分析與結果

　　在額定輸入電壓下，輸出電壓偏差在100mV以內，最大輸出電流大于等于3A，輸出噪聲波紋電壓峰峰值小于50mV。

　　當Io從 滿載變到輕載時，負載調整率小于等于5%。當Uin變化到17.6V和13.6V，電壓調整率小于等于0.5%，電路的效率穩(wěn)定大于85%。

　　3結論

　　充分依托LM5117優(yōu)良的性能，減少控制電路的面積及復雜性，采用純模擬的方式，避免了數字地、模擬地等之間的處理問題，減少了跨線設計，提高了系統(tǒng)性能，得到了較為理想的轉換效率、負載調整率以及電壓調整率,進一步提升了降壓型直流開關電源的性能。

　　作者：劉曉文 沈陽鐵路局大連電務段技術科