基于LM5117的降压型DC/DC模块设计
摘要：功耗小，效率高，输入电压稳定范畴宽等长处是降压直流开关电源具备的。它在现今的电子举措措施中扮演着主要的位置。本文通过对降压型直流开关稳压器的转换机理的研究，建立了降压型直流开关稳压器的数学模型，并对电路进行了设计。从理论上计算并验证了电路模型的正确性。根据电路的功率变换，对输出电压和纹波进行分析，得到降压线。还讨论了开关电源的电压调整率和负载调节率以及对电压波动的影响。在整个电路设计中采用了LM51 17的主电路芯片，采用CSD18532 KCS MOS FET对电路进行调节，使电压输出稳定。整个电路包括LM51 17降压芯片、H桥电路、驱动电路和滤波电路、自举电路和过流保护电路。最后，电压调整率小于0.5%。负载调整率到达1％。
关键词：降压型直流；开关稳压电源；电压调整率；负载调整率；电路设计；
Step-down DC/DC Module Design Based on LM5117
Abstract：Buck DC switching power supply has the advantages of low power consumption, high efficiency, wide output voltage stability range and so on. It plays an important role in today's electronic devices. In this paper, through the study of the conversion mechanism of the step-down DC switch regulator, the model of the step-down DC switch regulator is modeled and the circuit is designed. The circuit model is theoretically calculated and verified to be executed. According to the power conversion, output voltage and ripple analysis of the circuit, we get the step-down line. The voltage regulation rate and load regulation rate of switching power supply and the effect on voltage fluctuation are also discussed. The main circuit chip of LM5117 is adopted in the whole circuit design, and CSD18532KCS MOS FET is used to adjust the circuit, so that the voltage output is stable. The whole circuit includes LM5117 step-down chip, H bridge circuit, driving circuit and filter circuit, bootstrap circuit and over current protection circuit. Finally, the voltage regulation rate is less than 0.5%, and the load regulation rate is 1%.
keywords: Buck DC, switching regulator, voltage regulation, load regulation and circuit design.
目录
第一章 绪论 5
1.1简介 5
1.2意义 5
1.3功能说明 5
1.4发展现状 5
第二章 方案论证与选取 7
2.1方案描述 7
2.2总体设计 7
第三章 选择设计方案 12
3.1系统降低纹波电路设计 12
3.2降压型DC—DC变换器主回路设计 13
3.3稳压控制电路设计 14
3.4主回路与器件参数计算 15
第四章 电路模块设计 19
4.1 滤波电路 19
4.1.1滤波计算 19
4.2欠压锁定电路模块 19
4.2.1关于UVLO的计算 20
4.3 稳压电路模块 20
4.3.1软启动电容器 21
4.4电压反馈电路模块 21
4.5本章小结 22
第五章 测试结果 22
5.1测试方案 22
5.2测试数据 23
5.3测试结果与分析 24
第六章 总结与致谢 25
第一章 绪论
1.1简介
此系统运用了一种降压直流开关电源，并采用稳压器的LM5117控制器作为DC / DC控制的中心模块。 LM5117是一款协调降压控制器，它是一款能够适用于高电流或各种输出功率降压调节器。
1.2意义
自1960以来，半导体器件的功率电子变换电路得到了很好的提升与进步。理论上，开关电路就是把电源的形式转变成另一种模式的主电路，闭环控制用于不变输出连接。关闭式功率DC-DC变换器是开关电源的主要部件，因为它是转换的核心，然后我们再会切换开关频率。一般来说传统的DC-DC变换器结构并不复杂，调节精度也不够好，输入纹波系数大。与时俱进，随着技术的日趋成熟对电源的稳定性、牢靠型和供电的要求会愈来愈高。
该模块愈来愈显示出其优越性。它的众多优点也让它现在能够被广泛的使用，LM5117便是这样一种具备协调降压功效的控制器。
1.3功能说明
LM5117是可以有效的将低电压，能够运用在高电压和一些输出功率的场所。控制措施是基于具有模拟电流斜率的电流模式。固定输入电压、前馈、周期限流和简化环路补偿功能均可用在电流模式控制中。模拟控制斜率的应用可以降低PWM电路对噪声的敏感度。并有助于完成严格控制高输出电压应用所需的最小占空比。
LM5117芯片的工作频率可以设置成 50 kHz 到 750 kHz 范围之内任意一个频率。LM5117 可以采用自适应死区时间控制来驱动外部的高桥和底部NMOS 功率开关管。可以选择利用其芯片内部的二极管模拟仿真模式来实现非连续模式操作，在轻负载的条件下提高运行效率。高电压偏置稳压器可使用一个偏置的外部电源来进一步提高电路的效率。LM5117 它特有的模拟检测功能可以提供输出电流平均值信息。其他的功能还包括通过热敏温度实现自动关断、频率同步、缓慢打嗝运行模式、限流检测和可调输入欠压锁定。
1.4发展现状
分布式电源的日趋进步和利用电源供电的移动电子设备快速发展， DC-DC电源模块对于提供能量系统而言也愈来愈重要。其功能要求越来越高。除了传统的电气性能指标外，其对容量的要求也越来越小，即对功率密度的要求越来越高，对转换效率的要求愈来愈高，即愈来愈少并且发生较少的加热。这样的话，其同一和无故障的任务将变得愈来愈长，可靠性也将愈来愈好。因此，过去二十年来，电力电子工程师一直追求更高功率密度，更高转换效率，更低成本和更高效率使用的DC-DC转换器。
本设计使用基于同步整流器安装的开关电源的LM5117DC降压转换器。这种设计充分利用LM5117的资源，收集输入电压，电流和其他特性，并利用片上误差放大器来增加，从而产生电压和电流调节响应回路。在整个设计中，采用同步整流拓扑大大提高了设备的工作效率，同时降低了传统BUCK降压变换器件中由二极管引起的电压降，并且二极管反向的影响减少电路形成。使用LM5117特有的电流斜坡来模拟，以及各种性能，如逐周期电流限制，构成了一个高效稳定的电压固化系统。随着电力电子技术的快速发展，智能化应用在IT、安防、地铁、智能家具、高速铁路等新兴领域也能够极大地推动开关电源市场的发展。
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