降压型直流开关稳压电源的设计

［摘

要］本降压型直流开关稳压电源以LM5117芯片和CSD18532KCS MOS 场效应管为核心器件，实现了DC —DC 变

换功能，并以STM32f103zet6单片机作为主控制芯片，实现了过流保护控制、电阻负载识别以及实时显示输出电压、电流和功率等功能。该电路结构简单、输出电压稳定，直流转换效率高，能在直流转换场合得到广泛应用。［关键词］LM5117；CSD18532KCS ；DC-DC 转换；稳压［中图分类号］TM44

［文章标识码］A

［文章编号］

1671-5136(2017)01-0135-02

［收稿日期］

［作者简介］

前言

电子产品的正常持续工作一般都离不开可靠的电源系统，开关电源主要通过控制晶体管的导通和关断的时间比率，维持一个近似稳定输出电压的一种电源。开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM ）控制IC 和MOSFET 构成。开关稳压电源根据开关管在电路中的连接方式分类，可分为串联型开关稳压电源、并联型开关稳压电源和脉动变压器耦合式开关电源。开关稳压电源的效率高，电压范围宽，输出电压相对稳定，由于开关管工作在开关状态，功耗小，所以开关电源的工作效率可达80％～90％，这为开关电源提供了广泛的发展空间。本文针对降压型直流开关稳压电源作了深入研究和探索，提出了一种切实可行的设计方案。

一、方案设计与论证（一）稳压电路的选择

方案一:以7805作为稳压电路的控制核心，该稳压集成块内部电路具有过压保护、过流保护、过热保护功能，性能稳定。但是最大输出电流不能满足要求。

方案二:以LM5117作为降压控制器，是基于采用仿真电流斜波的电流模式控制。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功能，而且还包括热关断、频率同步、断续模式限制和可调输入欠压锁定等功能。而且输出的电流较大，能满足题目的大电流的输出要求。

基于以上分析，要很好地完成题目的基本要求，经综合考虑后选择了方案二。

（二）控制器的选择方案一：选用AT89C51作为主控器件，用来实现题目所要求的各种功能。此方案最大的特点是系统规模可以做得很小，成本较低。但是AT89C51的CPU 工作频率较低，功耗较高，资源不够丰富。

方案二：选用STM32f103zet6作为系统的控制核心，能实现题目所要求的功能，而且该芯片具有32位基于ARM 核心的带512K 字节闪存的微控制器USB 、CAN 、11个定时器、3个ADC 、13个通信接口。最重要的是STM32f103zet6具有超低的功耗，这是其他控制器不可比拟的优势。

在此系统中，经过细致的思考，最终选择了使用STM32f103zet6作为整个系统的控制核心。

二、理论分析与计算根据题目设计要求，要实现降压直流开关稳压，即实现DC-DC 转换，并具有过流保护功能，能实时显示电压和电流值。由此设计的原理框图如图1所示。

图1降压直流开关稳压的原理框图

（一）DC-DC 转换电路的分析与计算

根据LM5117降压控制器的应用特点及其特征，对其外围电路的分析与设计如下：

1.定时电阻R T

LM5117开关频率是通过RT 引脚和AGND 引脚之间连接一个外部电阻来设定的。一般来说，较高频率的应用体积比较小，但损耗也比较高。对于此作品的设计，选定230KHz ，利用，可以计算得到RT 值=21.7。

2.输出电感通常情况下，较高的纹波电流可以使用较小尺寸的电感器，但为了平滑输出的纹波电压，输出电容要承担更大的负荷。本题选择的纹波电流为3A 的40%。利用公式

，根据题目要求，输入电压为5V ，此

时对应的最大电流为3A ，则得到输出电感为。

3.电流检测电阻R S

转换器的性能根据K 值会有所不同。此题中选择了K=1,以控制次谐波振荡和实现单周期阻尼。考虑到误差和纹波电流，最大输出电流能力（I OUT(MAX)）应高于所需输出电流的20%至50%。在此作品的设计中，选择了3A 的130%。电流检测电阻值可以利用公式，

降压型直流开关稳压电源的设计

吴克文

（黄冈职业技术学院，湖北黄冈438000）

2017-03-22

吴克文（1980-），男，湖北黄冈人，黄冈职业技术学院副教授。研究方向：计算机网络技术、计算机信息安全、WEB 技术应用、电脑芯片级维修、数据恢复技术。