基于LM5117降压型直流开关稳压电源设计

引言

本设计利用LM5117DC降压变换器的一款基于同步整流装置的开关电源。本设计充分利用了LM5117片上的资源，对输出电压、电流等特征进行采集，并利用片内误差放大器放大，构成电压-电流调节反馈回路。在整个设计中，同步整流拓扑的利用，大大提高了装置的运行效率，同时减少了传统BUCK降压变换装置中二极管的带来的压降，以及二极管反向恢复对电路造成的影响。应用LM5117特殊的电流斜坡模拟，以及逐周期限流等多种功能，构成了一个高效稳定的电压稳定系统。随着电力电子技术的高速发展，IT、安防、高铁、智能工厂等新兴领域的智能化应用也将大大推进开关电源市场的发展。

1电路设计

主电路部分设计主要包括电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路设计。变压器把高压交流电变为所需要成分;稳压器把波动较大的直流电压变为稳定的直流电压输出;一般的低压交流电，整流器把交流电变为脉动直流电;滤波器滤除直流中的交流通过闭环反馈控制和扩大输出电流来提高电源性能。为了提高电源的使用可靠性和安全性能，通常需设计一些简单的保护电路，如过压、过流保护等。

图1系统总体框图

1.1系统降低纹波电路设计

二极管后接电感(EMI滤波)：这也是常用的抑制高频噪声的方法。针对产生噪声的频率，选择合适的电感元件，同样能够有效地抑制噪声。需要注意的是，电感的额定电流要满足实际的要求。图2是EMI滤波器原理图设计.

图2 EMI滤波器原理图

图2中的L为参考电感，共模电感的磁环上绕有2个方向相反但匝数相同的线圈，能够抑制差模干扰。图中CX为差模电容，CX1和CX2 主要作用是抑制L、N与中性线间的干扰，其还能够承受L与中性线N间的电压，在自身失效后，避免出现电击穿现象。

1.2 降压型DC-DC变换器主回路设计

这里把直流电压变换为另一数值的直流电压是用一个半导体功率器件作为开关，使带有滤波器(L或/和C)的负载线路与直流电压一会儿接通，一会儿断开，则负载上也得到另一个直流电压，这就是DC-DC的基本手段，类似于“斩波”作用，主回路电路如图3所示。

图3主回路电路图

1.3 稳压控制电路电路设计

直流稳压电源的设计一般包括变压、整流、滤波、稳压四个基本环节。为了提高电源的质量及其可靠性，需对电源输出电压进行采样、比较、放大，并用此误差放大信号来调节其输入电压，使得负载变化时输出电压保持稳定。

1.4主回路与器件参数计算

2测试方案与测试结果

2.1测试方案与条件

2.2测试结果及分析

(1)测试结果(数据)如图4所示。

图4 测试结果图

(2)测试分析与结果

在额定输入电压下，输出电压偏差在100mV以内，最大输出电流大于等于3A，输出噪声波纹电压峰峰值小于50mV。

当Io从 满载变到轻载时，负载调整率小于等于5%。当Uin变化到17.6V和13.6V，电压调整率小于等于0.5%，电路的效率稳定大于85%。

3结论

充分依托LM5117优良的性能，减少控制电路的面积及复杂性，采用纯模拟的方式，避免了数字地、模拟地等之间的处理问题，减少了跨线设计，提高了系统性能，得到了较为理想的转换效率、负载调整率以及电压调整率,进一步提升了降压型直流开关电源的性能。

作者：刘晓文 沈阳铁路局大连电务段技术科