(黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北黃岡 438000)

降壓型直流開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計

吳克文

(黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北黃岡 438000)

本降壓型直流開關(guān)穩(wěn)壓電源以LM5117芯片和CSD18532KCS MOS場效應(yīng)管為核心器件，實現(xiàn)了DC-DC變換功能，并以STM32f103zet6單片機作為主控制芯片，實現(xiàn)了過流保護控制、電阻負載識別以及實時顯示輸出電壓、電流和功率等功能。該電路結(jié)構(gòu)簡單、輸出電壓穩(wěn)定，直流轉(zhuǎn)換效率高，能在直流轉(zhuǎn)換場合得到廣泛應(yīng)用。

LM5117；CSD18532KCS；DC-DC轉(zhuǎn)換；穩(wěn)壓

1 方案設(shè)計與論證

1.1 穩(wěn)壓電路的選擇

方案一:以7805作為穩(wěn)壓電路的控制核心，該穩(wěn)壓集成塊內(nèi)部電路具有過壓保護、過流保護、過熱保護功能，性能穩(wěn)定。但是最大輸出電流不能滿足要求。

方案二:以LM5117作為降壓控制器，是基于采用仿真電流斜波的電流模式控制。電流模式控制具有固有的輸入電壓前饋、逐周期電流限制和簡化環(huán)路補償?shù)墓δ埽疫€包括熱關(guān)斷、頻率同步、斷續(xù)模式限制和可調(diào)輸入欠壓鎖定等功能。而且輸出的電流較大，能滿足題目的大電流的輸出要求。

基于以上分析，要很好地完成題目的基本要求，經(jīng)綜合考慮后選擇了方案二。

1.2 控制器的選擇

方案一：選用AT89C51作為主控器件，用來實現(xiàn)題目所要求的各種功能。此方案最大的特點是系統(tǒng)規(guī)?？梢宰龅煤苄。杀据^低。但是AT89C51的CPU工作頻率較低，功耗較高，資源不夠豐富。

方案二：選用STM32f103zet6作為系統(tǒng)的控制核心，能實現(xiàn)題目所要求的功能，而且該芯片具有32位基于ARM核心的帶512K字節(jié)閃存的微控制器USB、CAN、11個定時器、3個ADC、13個通信接口。最重要的是STM32f103zet6具有超低的功耗，這是其他控制器不可比擬的優(yōu)勢。

在此系統(tǒng)中，經(jīng)過細致的思考，最終選擇了使用STM32f103zet6作為整個系統(tǒng)的控制核心。

2 理論分析與計算

根據(jù)題目設(shè)計要求，要實現(xiàn)降壓直流開關(guān)穩(wěn)壓，即實現(xiàn)DC-DC轉(zhuǎn)換，并具有過流保護功能，能實時顯示電壓和電流值。由此設(shè)計的原理框圖如圖1所示。

圖1 降壓直流開關(guān)穩(wěn)壓的原理框圖

2.1 DC-DC轉(zhuǎn)換電路的分析與計算

根據(jù)LM5117降壓控制器的應(yīng)用特點及其特征，對其外圍電路的分析與設(shè)計如下。

(1)定時電阻RT

(2)輸出電感

(3)電流檢測電阻RS

(4)輸出分壓器RFB2和RFB1

(5)環(huán)路補償元件CCOMP、RCOMP和CHF

(6)斜坡電阻RRAMP和斜坡電容CRAMP

(7)UVLO分壓器RUV2、RUV1和CFT

(8)開關(guān)管QH和QL

開關(guān)管，選擇了CSD18532KCS MOS場效應(yīng)管，與開關(guān)頻率的協(xié)調(diào)一致?？朔哌吪c低邊MOS器件的損耗是比較不同器件相對效率的途徑之一。功率MOS器件的損耗可以分解為導(dǎo)通損耗、柵極充電損耗和開關(guān)損耗。

(9)自舉電容CHB和自舉二極管DHB

在每個周期的開啟期間，HB和SW引腳之間的自舉電容提供柵極電流，對高邊MOS器件柵極充電，還為自舉二極管提供恢復(fù)電荷。這些電流峰值可達幾安培。自舉電容設(shè)置為0.47 uF。

為了更好消除紋波的大小，在輸入和輸出端接入了濾波電路，再結(jié)合以上分析計可得到DC-DC轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。

2.2 過流保護電路的分析與計算

通過STM32f103zet6單片機控制電機驅(qū)動ULN2803，當超過設(shè)定電流值時，繼電器工作，斷開電源，對應(yīng)電路圖如圖3所示。

3 軟件設(shè)計

本設(shè)計采用STM32f103zet6處理器進行控制，應(yīng)用A/D采樣檢測輸出電壓和電流，并計算出實際功率。通過預(yù)設(shè)保護電流值，實現(xiàn)過流保護，并能實時監(jiān)控當前的電流和電壓值。軟件控制流程圖如圖4所示。

圖2 DC-DC轉(zhuǎn)換電路

圖3 過流保護電路

圖4 軟件控制流程圖

4 測試結(jié)果

4.1 輸出電壓測試

保持輸入電壓16V，通過調(diào)整輸出電阻的大小，利用萬用表測試輸出電阻兩端的電壓，測試結(jié)果如表1所示。

表1 輸出電壓測試數(shù)據(jù)

4.2 輸出電流測試

保持輸入電壓16V，通過調(diào)整輸出電阻的大小，將萬用表與輸出電阻進行串聯(lián)，測試結(jié)果如表2所示。

表2 輸出電流測試數(shù)據(jù)

5 結(jié) 語

對于不熟悉的LM5117芯片和CSD18532KCS MOS場效應(yīng)管，通過查詢資料了解其基本應(yīng)用功能，短時間了解了基本的工作原理，當然其中還存在一些問題尚待解決。

Abstract: In the designing of the step-down DC switch regulated power supply, LM5117 chip and CSD18532KCS MOS field effect tube are used as the core devices to make DC -DC transform function realized. STM32f103zet6 is used as the the main control chip to realize the over-current protection control, load resistance identification and real-time display of the output voltage, current and power etc.. The circuit can be widely used in DC conversion occasions due to its simple structure, stable output voltage and high DC conversion efficiency.

Keywords:LM5117; CSD18532KCS; DC-DC conversion; voltage regulator

(責(zé)任編輯：譚銀元)

DesigningoftheStep-downDCSwitchRegulatedPowerSupply

WUKe-wen
(Huanggang Polytechnic College, Huanggang 438000, China)

TM56

A

1671-8100(2017)03-0023-04

湖北省職教學(xué)會關(guān)于2015年科學(xué)研究課題。

2017-04-05

吳克文，男，副教授。研究方向：計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機信息安全、WEB技術(shù)應(yīng)用、電腦芯片級維修、數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)。