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2016TI杯大学生电子设计竞赛重庆赛区

摘要本作品以TI公司的降压控制器LM5117芯片和CSD18532KCS MOS场效应管为核心器件,实现同步降压型BUCK拓扑的恒压输出,额定输入直流电压范围为12V-19V,额定输出直流电压为5V,输出最大电流为3A。并可通过测量端口识别电阻R的阻值,确定输出电压,实现输出电压可调。且具有过流保护等功能。本系统有效率高、控制简单、稳定性强等优点,满足设计要求。关键字:LM5117,CSD18532KCS,buck拓扑。AbstractThis works by TI company LM5117 step-down controller chip and CSD18532KCS MOS field effect tube as the core device, implementation type synchronous step-down BUCK topology of constant voltage output, rated input - 19 v to 12 v dc voltage range, rated output dc voltage is 5 v, output the maximum current is 3 a.And by measuring the resistance of the port to identify resistance R, determine the output voltage, output voltage is adjustable.And have the function of over-current protection, etc.This system is high efficient, simple control, and the advantages of strong stability, meet the design requirements.Keyword:Lm5117,Csd18532kcs,Buck Topolopy.一、方案选择与论证1.1主回路拓扑方案论证方案一:经典的降压型BUCK电路拓扑。如图A-1-1所示。由开关管Q1、二极管D1、LC储能元件、负载组成。当开关晶体管Q1导通时,二极管D1关断,输入端直流电源将功率传送到负载,并使电感储能;当开关晶体管Q1关断时,二极管D1导通,续流,电感向负载释放能量。图 A-1-1降压型BUCK电路拓扑方案二:同步降压的BUCK电路拓扑。如图A-1-2所示。将续流二极管换为开关晶体管。图A-1-2同步降压型BUCK电路拓扑方案一如果在输出大电流的情况下,普通二极管D1压降过高,大于mos管的导通压降,不能满足高效和高功率密度的要求,而方案二MOSFET的导通速度快,导通电阻小、通态压降低、反向电流小,可以大大降低电路损耗。因此本系统采用方案二。1.2整体设计如图A-1-3所示,系统整体方案如下:12V-19V直流电压通过同步BUCK降压为5V输出,同时输入到LM5117控制芯片VIN引脚,通过芯片内部VCC稳压器,为 PWM 控制器和 NMOS 栅极驱动器提供 VCC 偏置电源。采集电路通过采集电感电流,再与紧密的基准进行比较放大后送电流控制环节,经过II型环路补偿后输出到内部PWM比较器,PWM 比较器通过一个 1.2V 内部压降,比较取自斜坡发生器的仿真电流检测信号和补偿环路电压。控制PWM的脉冲宽度,从而实现稳定5V输出。图A-1-3 系统总体框图二、系统理论分析与计算2.1理论分析2.1.1降低纹波的方法(1)纹波来源分析计算根据纹波电流的表达式,可计算出纹波电流。公式(1)中为输出电压,为输入电压,为开关频率,为电感值。在输出部分 ,电感电流在电容 C 和负载之间分割 ,加之于电容C 时,就会产生纹波电压。对于一般电容 ,都具有串联等效电感和串联等效电阻,串联等效电感只在较高频率时起作用 ,在分析开关频率时可以将其忽略 ,但必须考虑的是串联等效电阻 ESR,电流流过 ESR 时,会在 ESR 两端产生电压降 ,其值为:ΔV ESR 也会作为纹波的一部分表现在输出端上 ,所以总的纹波表达式为:公式(4)中为总纹波 ; 为 C 的等效串联电阻。公式(4)即是 Buck 类型开关电源的纹波电压的近似表达式 ,其中的每个变量都是影响纹波的因素 ,调整这些变量就是调整纹波的主要方法。分析公式(4)可得到降低纹波的主要方法:(1)电解电容和若干陶瓷电容并联后的等效电阻 ESR 在十几到几十m 之间 ,由此可见 ESR 是纹波产生的主要因素 ,并且 C 取值的增加不会显著改变纹波。(2)如果 或者 增大 , 则 变小 ,可以减小纹波 ,即增大电感的值和提高开关频率可以降低纹波。(3)

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