电子设计竞赛论文-降压型直流开关稳压电源

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1、2016年全国大学生电子设计竞赛降压型直流开关稳压电源（A题）论文编号：参赛学校：参赛学院；参赛队员:联系方式：2016年7月28日摘要为实现将16V直流电转为5V直流电的稳定输出，本系统以buck电路为核心，利用LM5117的宽工作频率范围和自适应死区时间控制来驱动外部高边和低边NMOS功率开关管的优点，通过LM5117芯片的RAMP引脚所连接的电阻、电容设置PWM斜坡斜率，通过HO和LO输出PWM,对MOSFET管CSD18532kcs进行控制，进而实现对输出电压的控制，使其输出稳定的5V直流信

2、号，转换效率高，且具有过流保护等功能。本系统具有转换效率高、稳定性强等优点，满足设计要求。关键词：DC/DC直流电源、buck电路、LM5117、CSD18532kcs目录一、方案论证与选取11.1方案论证11.2方案的选取11.3总体设计1二、理论分析与参数计算22.1降低纹波的方法22.2DC-DC变换方法22.3稳压控制方法22.4Buck电路参数的计算32.4.1电感值的计算32.4.2电容的计算3三、电路与程序设计33.1LM5117与buck主电路模块33.2过流保护电路43.3反馈电路

3、4四、测试方案与测试结果54.1测试方案及测试条件54.2测试结果及分析5五、参考文献7六、附录7A题：降压型直流开关稳压电源一、方案论证与选取1.1方案论证方案一：采用简易的Buck电路，用单片机输出PWM波。Buck电路是一种主要的降压型DC/DC变换拓扑，通过PWM控制开关器件的占空比来控制输出电压。方案二：采用反激式拓扑结构，能够取的比较好的稳压效果和较小的纹波电压。方案三：利用TI公司的降压控制器LM5117芯片来输出PWM控制两个MOS管开关进而控制输出的电压，电路结构简单，输出功率大，

4、效率高，具有良好的输出特性。1.2方案的选取方案一设计复杂，程序编写繁琐，出错率高；方案二反激式开关电源初级和次级线圈的漏感都比较大，工作效率低，电路复杂，短时间难以实现题目要求；而方案三电路结构简单，易于连接，且所用芯片稳定，不需编写繁琐程序，完全由电路控制，所以我们选择方案三。1.3总体设计图1：系统方框图DC/DC变换电路DC16VDC5V过流保护反馈电路采集反馈8一、理论分析与参数计算2.1降低纹波的方法本设计的纹波主要是由功率器件开关产生，我们采用多电容并联的方法降低纹波，并利用LM551

5、17芯片的输出的高工作频率来减少纹波的产生，而且在电流监视器输出端增加一个RC滤波器，即Rcm和Ccm，以衰减采样噪声，也能够起到减小纹波的作用。2.2DC-DC变换方法直流电压转换器基本原理为将直流电源经稳压后加入自激荡器，利用震荡晶体管作为断续开关，控制直流电源的接通和断开，由此产生的高频电压经过变频变压、整流、滤波，获得所需的直流电压。在此同时，输出电压的另一路取样、基准、放大电路、回控振荡器，使输出电压稳定。图2：同步buck电路工作方式在同步buck电路工作方式中，使用一个开关管正如我们这

6、次使用的CSD18532KCS来替换基本buck电路中的的续流二极管。Q1为主开关管，Q2起续流作用。Q1导通时，Q2关断，电流通过电感L至负载，并将电能储存在L和C2中（电流方向图中虚线所示）；Q1关断时，Q2导通起续流作用，储存在L和C2上（电流方向图中实线所示）的电能转换为电流继续向负载输出。2.3稳压控制方法开关电源的稳压控制方法，首先以基准电压为中心，将基准电压周围一定范围内的电压从小到大划分为N个电压区间，判断开关电源的输出反馈电压所在的电压区间，比较反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数

7、与前一时刻电压值所在的区间数的大小，以及得到改变的区间数，若反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数大于前一时刻电压值所在的区间数，则根据改变的区间数控制振荡器的分频数增加；若反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数小于前一时刻电压值所在的区间数，根据改变的区间数控制振荡器的分频数减少，8依据振荡器的输出频率控制开关管的导通。2.4Buck电路参数的计算2.4.1电感值的计算根据题目要求，Uo=5V,而输入到直流母线上的电压Uin=16V，取R=20Ω，Ts=1/f，f=25KHZ，当D取1/3时，可求得：

8、L≥RTs(1-D)2=6uH由上式可知，要使系统电流工作在连续状态，电感值至少大于6uH。本系统选择的电感值为68uH，并且通过选用铁芯使得电感在流过3A电流的时候铁芯不饱和。2.4.2电容的计算电容的大小决定负载电压的波动程度，因此负载的电压波动可作为选择电容的依据。在MOS管导通期间，导通时间为αT，负载电流靠电容放电得以维持。设在整个MOS管导通期间内电压变化ΔU，并假设负载电流I在此期间恒定，则电容电压亦即负载电压下降了根据上式可确定电容的数值，ΔU与I和均