基于LM5117直流开关稳压电源的研究

宋 武

(黄冈职业技术学院 质量管理处，湖北 黄冈 438002)

基于LM5117直流开关稳压电源的研究

宋 武

(黄冈职业技术学院 质量管理处，湖北 黄冈 438002)

以TI公司LM5117芯片为核心器件设计了直流开关稳压电源，介绍该元件的外围电路的计算与设计，为设计同品质的开关稳压电源提供参考模板。所设计的电源具有功耗小，效率高，体积小，重量轻，稳压范围宽，稳压效果好等特点，在电子电气领域能广泛应用。

降压型；场效应管；直流转换

新元件研究与应用是推动电子电气行业发展的有力保障，一直以来提高产品的品质，就是要寻找新材料、新元件和新技术。而市场上现有的直流开关稳压电源在日常电路应用中已经发挥了积极的作用，但是如何提高电源的效率，提高电源的稳压范围是业内关注和研究的重点。现TI公司研发的芯片LM5117对降压型直流开关稳压电源改进品质方面有积极的作用，本文以输入16V，而输出5V、3A降压型直流稳压电源为例，详细讲解LM5117的应用，为设计其他降压型稳压电源提供参考模板。

1 原理框图设计

LM5117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。本作品以LM5117作为降压控制器，实现了DC-DC转换，稳定了输出电压，具有较大电流的输出范围。同时为了方便实时显示电路的输出电流和功率的大小，实现过流保护等功能，选用STM32f103zet6作为系统的控制核心，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。要实现直流开关稳压电源的各项功能，即实现DC-DC转换，具有过流保护功能，能实时显示电流和功率值，所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

2 硬件电路设计与理论计算

2.1 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图2：

2.1.1 定时电阻RT

2.1.2 输出电感

图2 DC-DC转换电路

2.1.3 电流检测电阻RS

2.1.4 输出分压器RFB2和RFB1

RCOMP和RFB2之间的比值决定了中频增益AFB_MID。较大值的RFB2可能需要相应较大值RCOMP。RFB2应足够大，以使分压器总功耗很小。DC-DC转换电路中RFB2选择了5.1KΩ，其结果是5V输出的RFB1值为1KΩ。

2.1.5 环路补偿元件CCOMP、RCOMP和CHF

2.1.6 斜坡电阻RRAMP和斜坡电容CRAMP

2.1.7 UVLO分压器RUV2、RUV1和CFT

2.1.8 开关管QH和QL

开关管，选择了CSD18532KCS MOS场效应管，与开关频率的协调一致。克服高边与低边MOS器件的损耗是比较不同器件相对效率的途径之一。功率MOS器件的损耗可以分解为导通损耗、栅极充电损耗和开关损耗。

2.1.9 自举电容CHB和自举二极管DHB

在每个周期的开启期间，HB和SW引脚之间的自举电容提供栅极电流，对高边MOS器件栅极充电，还为自举二极管提供恢复电荷。这些电流峰值可达几安培。自举电容设置为0.47μF。

为了更好消除纹波的大小，在输入和输出端接入了滤波电路，再结合以上分析计可得到DC-DC转换电路如图2所示。

2.2 过流保护电路

图3 过流保护电路

通过STM32f103zet6单片机控制电机驱动ULN2803，当超过设定电流值时，继电器工作，断开电源，对应电路图如图3所示。

3 软件设计

本设计采用STM32f103zet6处理器进行控制，应用A/D采样检测输出电压和电流，并计算出实际功率；通过预设保护电流值，实现过流保护，并能实时监控当前的电流和电压值。软件控制流程图如图4所示。

图4 软件控制流程图

以LM5117芯片为核心设计直流稳压电源，可以根据给定要求设计不同稳压输出电压，而且电源的输出电阻小，输出功率大，能在电子电气领域广泛应用。

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[责任编辑：刘良瑞]

2017-06-29

宋 武，男，湖北监利人，讲师。研究方向：电子线路设计。

TN602

：A

：1672-1047(2017)04-0125-03

10.3969/j.issn.1672-1047.2017.04.33