基于LM5117降壓型直流開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

　　引言

　　本設(shè)計(jì)利用LM5117DC降壓變換器的一款基于同步整流裝置的開關(guān)電源。本設(shè)計(jì)充分利用了LM5117片上的資源，對輸出電壓、電流等特征進(jìn)行采集，并利用片內(nèi)誤差放大器放大，構(gòu)成電壓-電流調(diào)節(jié)反饋回路。在整個(gè)設(shè)計(jì)中，同步整流拓?fù)涞睦?，大大提高了裝置的運(yùn)行效率，同時(shí)減少了傳統(tǒng)BUCK降壓變換裝置中二極管的帶來的壓降，以及二極管反向恢復(fù)對電路造成的影響。應(yīng)用LM5117特殊的電流斜坡模擬，以及逐周期限流等多種功能，構(gòu)成了一個(gè)高效穩(wěn)定的電壓穩(wěn)定系統(tǒng)。隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，IT、安防、高鐵、智能工廠等新興領(lǐng)域的智能化應(yīng)用也將大大推進(jìn)開關(guān)電源市場的發(fā)展。

　　1電路設(shè)計(jì)

　　主電路部分設(shè)計(jì)主要包括電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)。變壓器把高壓交流電變?yōu)樗枰煞?穩(wěn)壓器把波動較大的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出;一般的低壓交流電，整流器把交流電變?yōu)槊}動直流電;濾波器濾除直流中的交流通過閉環(huán)反饋控制和擴(kuò)大輸出電流來提高電源性能。為了提高電源的使用可靠性和安全性能，通常需設(shè)計(jì)一些簡單的保護(hù)電路，如過壓、過流保護(hù)等。

　　圖1系統(tǒng)總體框圖

　　1.1系統(tǒng)降低紋波電路設(shè)計(jì)

　　二極管后接電感(EMI濾波)：這也是常用的抑制高頻噪聲的方法。針對產(chǎn)生噪聲的頻率，選擇合適的電感元件，同樣能夠有效地抑制噪聲。需要注意的是，電感的額定電流要滿足實(shí)際的要求。圖2是EMI濾波器原理圖設(shè)計(jì).

　　圖2 EMI濾波器原理圖

　　圖2中的L為參考電感，共模電感的磁環(huán)上繞有2個(gè)方向相反但匝數(shù)相同的線圈，能夠抑制差模干擾。圖中CX為差模電容，CX1和CX2 主要作用是抑制L、N與中性線間的干擾，其還能夠承受L與中性線N間的電壓，在自身失效后，避免出現(xiàn)電擊穿現(xiàn)象。

　　1.2 降壓型DC-DC變換器主回路設(shè)計(jì)

　　這里把直流電壓變換為另一數(shù)值的直流電壓是用一個(gè)半導(dǎo)體功率器件作為開關(guān)，使帶有濾波器(L或/和C)的負(fù)載線路與直流電壓一會兒接通，一會兒斷開，則負(fù)載上也得到另一個(gè)直流電壓，這就是DC-DC的基本手段，類似于“斬波”作用，主回路電路如圖3所示。

　　圖3主回路電路圖

　　1.3 穩(wěn)壓控制電路電路設(shè)計(jì)

　　直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)一般包括變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)基本環(huán)節(jié)。為了提高電源的質(zhì)量及其可靠性，需對電源輸出電壓進(jìn)行采樣、比較、放大，并用此誤差放大信號來調(diào)節(jié)其輸入電壓，使得負(fù)載變化時(shí)輸出電壓保持穩(wěn)定。

　　1.4主回路與器件參數(shù)計(jì)算

　　2測試方案與測試結(jié)果

　　2.1測試方案與條件

        2.2測試結(jié)果及分析

　　(1)測試結(jié)果(數(shù)據(jù))如圖4所示。

　　圖4 測試結(jié)果圖

　　(2)測試分析與結(jié)果

　　在額定輸入電壓下，輸出電壓偏差在100mV以內(nèi)，最大輸出電流大于等于3A，輸出噪聲波紋電壓峰峰值小于50mV。

　　當(dāng)Io從 滿載變到輕載時(shí)，負(fù)載調(diào)整率小于等于5%。當(dāng)Uin變化到17.6V和13.6V，電壓調(diào)整率小于等于0.5%，電路的效率穩(wěn)定大于85%。

　　3結(jié)論

　　充分依托LM5117優(yōu)良的性能，減少控制電路的面積及復(fù)雜性，采用純模擬的方式，避免了數(shù)字地、模擬地等之間的處理問題，減少了跨線設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)性能，得到了較為理想的轉(zhuǎn)換效率、負(fù)載調(diào)整率以及電壓調(diào)整率,進(jìn)一步提升了降壓型直流開關(guān)電源的性能。

　　作者：劉曉文 沈陽鐵路局大連電務(wù)段技術(shù)科