LM5117降压稳压电源设计论文

A 题：降压型直流开关稳压电源

摘 要：电路的设计是利用串联型开关稳压电源的拓扑结构，通过分析以LM5117

芯片为核心的PWM 控制器以及CSD18532KCS MOS 场效应管的工作原理及优点，

实现了DC —DC 变换、稳压控制等基本功能。得出适合于设计要求的主电路的结

构，并在此基础上设计出控制电路、保护电路、驱动电路。运用调节占空比的

大小自动控制输出电压，对各部分电路的原理进行分析。设计出电路的闭环控

制系统，使电源工作在一个稳定的系统。根据设计要求以及主电路的结构，对

电路中各参数进行计算。最后对电路进行测试，并根据其进行改进。

关键词：开关稳压电源；PWM ；LM5117芯片；CSD18532KCS MOS 场效应管

1题目分析与方案选择

1.1题目分析

题目给出的框图如（图1）所示。 工作条件：

• 输出电压 OUT V = 5V • 输出电流OUT I ≥3A • 输入电压 V V IN 16= • 开关频率 200=SW f kHz

• 二极管仿真 有

(图1)

• 外部 VCC 电源 有

1.2方案选择

方案一：通过最基本的降压器降压，电容电阻滤波，稳压芯片稳压以及载

一个滑动变阻器来得到一个可调节输出电压值的降压稳压直流电源，如（图2）。

本方案中需要涉及到降压器的应用，对实验结果影响较大，所以不适合采用此

种方案。

方案二：利用LM5117芯片本身的降压稳压功能，外加电容、电阻、MOS 管

等辅助元件，搭建一个可以实现降压稳压功能的电源电路。此方案元件要求和

误差较小，故选用此方案。

L R

2方案描述

该方案是通过利用芯片LM5117 高电压开关控制器具有实现宽输入工作电压的高效高电压降压型稳压器的强大功能。实现电路降压、稳压等要求。要使电路能达到设计要求，DC-DC变换的关键是PWM控制。它是开关电源的核心部分，由功率变换和高频整流两部分组成。题目需要将直流电源转换成小于输入电压的稳定的输出电压。串联型稳压电路是降压型的电路，并联型稳压电路是升压型的电路。所以我们采用的串联型开关稳压，得到题目要求的降压型稳压电路。3理论分析与计算

3.1降低纹波的方法

降低电路输出电流、电压纹波是通过增大电感电容参数来实现的，如（图5）。

（图a）

3.2DC-DC变换方法

DC-DC变换即把直流电转换成稳定的不同电压输出的直流电。直流变换电路工作方式通常是脉宽调制（PWM）工作方式。基本原理是通过开关管把直流电斩成方波（脉冲波），通过调节方波的占空比（脉冲宽度与脉冲周期之比）来改变电压。本设计中利用芯片LM5117与CSD18532KCS MOS场效应管构成的BUCK 主电路来实现DC-DC的转换。

3.3稳压控制方法

在本方案电路中的稳压控制是来自于LM5117的功能，在芯片LM5117的VCC 引脚内部，存在内部高电压偏置稳压器。上电时，稳压器灌电流进入连接至 VCC 引脚的电容器。VCCDIS 输入可用来禁用内部 VCC 稳压器，。VCCDIS 有一个 500 的内部下拉接地电阻，为的是在没有外部偏压时可以正常运行，如（图3）

（图3）

4电路设计

4.1主回路与器件选择

4.1.1主回路选择与分析

主回路选择BUCK 电路，BUCK 电路是基本的DC-DC 电路之一,其驱动电压一

般为PWM(Pulse width modulation 脉宽调制)信号，信号周期为Ts ，则信号频

率为f=1/Ts ，导通时间为Ton ，关断时间为Toff ，则周期Ts=Ton+Toff ，占空

比Dy= Ton/Ts 。如（图4）

（图4） UVLO ：从 VIN 至 AGND 可使用一个外部UVLO 设定点分压器2UV R 来设置稳

压器的最小输入工作电压。分压器的设计必须是当输入电压处在所需工作范围

时。UVLO 引脚可以用一个齐纳二极管来钳位，UVLO 迟滞是通过一个内部 20A

灌电流完成的，该电流开启或关闭进入 UVLO 设定点分压器的阻抗。当 UVLO 引

脚的电压超过 1.25V 阈值时，灌电流被启用，迅速提高 UVLO 引脚的电压。当

UVLO 引脚电压降至低于 1.25V 阈值时，灌电流被禁用，导致 UVLO 引脚的电

压迅速下降。将FT C 电容器与1UV R 并联，有助于最大限度地降低注入到 UVLO 引

脚的开关噪声如(图5)所示：

（图5）

DEMB 引脚：在二极管仿真模式下，在检测到反向电流流过 (电流从输出到

地流经低边 NMOS) 后，低边 NMOS 在 PWM 周期的其余部分被锁断。该引脚浮

置，LM5117 内部的50 KΩ下拉电阻可保持 DEMB 引脚为低电平，并启用二极

管仿真。

RES 引脚、SS 引脚：为了在长时间电流限制条件下在进一步保护稳压器，

LM5117提供了打嗝模式电流限制功能。内部打嗝模式故障定时器可计算逐周期

电流限制发生期间的 PWM 时钟周期。当断续模式故障定时器检测 256 个连续

周期的电流限制时，内部重启定时器强制控制器进入低功耗待机模式，并开始

灌出10A μ电流进入 RES 引脚电容RES C 。在此待机模式下，HO 和 LO 输出被禁

用，且软启动电容SS C 被放电。RES C 从 RES 引脚连接至 AGND ，以决定 LM5117 自

动重启之前保持待机的时间 (RES t )。当 RES 引脚电压超过 1.25V RES 阈值时，

RES 电容被放电，并开始一个软启动顺序，如（图6）

（图6）

RT 引脚：LM5117 开关频率是通过 RT 引脚和 AGND 引脚之间连接的一个外

部电阻来设定的。该电阻应位于非常靠近器件的位置，并直接连接至 RT 和

AGND 引脚。

AGND:模拟接地。内部 0.8V 电压基准电路和模拟电路的回路。

VCCDIS 引脚:VCCDIS 有一个内部 500KΩ下拉电阻，当此引脚浮置时，可启

用 VCC 稳压器。

FB 、COMP ：。取自FB 引脚输出的电阻(1FB R 、2FB R )分压信号可设定输出电

压电平。内部高增益误差放大器可以产生一个与 FB 引脚电压和内部高精度

0.8V 基准之差成正比的误差信号。连接至 COMP 引脚的误差放大器的输出允许

用户实现II 型环路补偿元件，即COMP R 、COMP C 和可选的HF C ，如（图7）。