2016TI杯省级电子设计竞赛A题lm5117省一等.doc

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1、.word格式.2016年TI杯大学生电子设计竞赛A题：降压型直流开关稳压电源【本科组】2016年7月27日星期三.专业.专注..word格式.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CSD18532KCSMOS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

2、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。.专业.专注..word格式.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

3、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Uo=TonT*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，

4、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功能。使用仿真控制斜坡可降低脉宽调制电路对噪声的敏感度，有助于实现高输入电压应用所必需的极小占空比的可靠控制。工作频率为50kHz至750kHz，5.5V至65V宽工作电压范围，LM5117独特的模拟遥测功能可提供平均输出电流信息。其他功

5、能还包括热关断、频率同步、断续(hiccup)模式电流限制和可调输入欠压锁定。.专业.专注..word格式.鉴于芯片的优异功能以及上面分析以及题目要求，我们选择方案二。1.3过电流保护模块依据系统题目要求，设定系统的动作电流IOth=3.2±0.1A，当系统输出值大于该值时，可以关断电路。方案一：限流法：使得输出的电流无法高于动作电流；方案二：关断法:当电流高于设定的动作电压时，关断电路。这里方案二更符合题目，能够当过流时把电路关死，所以我们选择的方案二作为我们的过电流保护。1.4负载识别模块方案一：采用稳压芯片和定值电阻获取恒流源，以获取识别电压输出至运算放大器闭环放大系统，输出至FB端口

6、。方案二：采用LM324反相放大器的，将输出电压至运算放大器，接入不同的电阻，经过运算放大器运算，使输出0.8V至FB。电路较简单，但是存在供电的问题，但运用辅助电源模块可以轻松解决。因此我们选择方案二作为我们的负载识别。二、理论分析与计算2.1降低纹波的方法纹波的定义是指在直流电压或电流中，叠加在直流稳定中的交流分量。.专业.专注..word格式.本电路中输出电容器可以平滑电感纹波电流引起的输出电压纹波，对于这个设计实例，选择了一个最大ESR为20mΩ的470µF电解电容作为主输出电容。具有最大ESR的输出纹波电压的基本元件近似值为本系统中过输出电容器平滑电感纹波引起的输出电压纹波。并加

7、入两个22uf的陶瓷电容并联，进一步降低输出电压纹波和尖峰。在最后输出加入了LC滤波电路，大大降低了稳压电源的纹波。本电路中输入电容CIN在开关频率下，使用质量好的输入电容来限制VIN引脚的纹波电压。应根据RMS电流额定值和最小纹波电压选择输入电容。所需的纹波电流额定值的合适近似值是IRMS>IOUT/2。在这个例子中，使用了7个3.3µF陶瓷电容器。使用陶瓷电容器，输入纹波电压将为三角波。输入纹波电压可近似