本發(fā)明涉及一種高效率低紋波的降壓型直流開關(guān)穩(wěn)壓電源，屬于電源技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

20世紀(jì)60年以來，以半導(dǎo)體器件為主的電力電子變換電路得到了迅速發(fā)展。從廣義上說，將一種電源形態(tài)變化成另一形態(tài)的主電路被稱為開關(guān)變換電路；轉(zhuǎn)變時(shí)用閉環(huán)控制系統(tǒng)來穩(wěn)定輸出并具備保護(hù)環(huán)節(jié)則稱開關(guān)電源。

通常線性穩(wěn)壓電源工作頻率低，重量重，發(fā)熱量大，增加散熱片會(huì)造成體積過大，雖然制作工藝簡(jiǎn)單，但效率只有35％。傳統(tǒng)開關(guān)電源頻率多為20kHz以下的PWM技術(shù)，效率也只能達(dá)到70％，且存在著電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)節(jié)精度差、輸出紋波系數(shù)大等問題。隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，對(duì)電源供電的可靠性、穩(wěn)定性及電源容量等要求越來越高。同步降壓直流開關(guān)穩(wěn)壓電源日益顯現(xiàn)出其優(yōu)越性，因內(nèi)部高頻開關(guān)管可工作在200kHz高頻狀態(tài)，其可靠性高、穩(wěn)定性強(qiáng)、工作頻率高、體積小，便于安裝和組合擴(kuò)容，具有廣泛應(yīng)用的前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種高效率低紋波的降壓型直流開關(guān)穩(wěn)壓電源及穩(wěn)壓方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：

一種降壓型直流開關(guān)穩(wěn)壓電源，包括降壓控制電路以及同步降壓電路，其特征在于，還包括負(fù)載識(shí)別電路、穩(wěn)壓控制電路、電流保護(hù)電路以及恒流源電路，所述負(fù)載識(shí)別電路的輸入為所述同步降壓電路的輸出，所述負(fù)載識(shí)別電路的輸出為所述降壓控制電路的第一輸入；所述穩(wěn)壓控制電路的輸入為所述同步降壓電路的輸出，所述穩(wěn)壓控制電路的輸出為所述降壓控制電路的第二輸入；所述電流保護(hù)電路的輸入為所述同步降壓電路的輸出，所述電流保護(hù)電路的輸出為所述降壓控制電路的第三輸入。

所述降壓控制電路采用LM5117控制器。

所述電流控制電路的輸出電流監(jiān)測(cè)芯片采用電流感應(yīng)放大器INA282。

一種直流開關(guān)穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓方法，其特征在于：

系統(tǒng)電路采用LM5117為核心控制器件，選取CSD18532KCS為開關(guān)器件構(gòu)成同步整流降壓電路，LM5117輸出互補(bǔ)PWM脈沖，控制同步BUCK開關(guān)管工作，實(shí)現(xiàn)DC-DC電壓調(diào)制，輸出穩(wěn)定的5V電壓；

通過輸出電壓的分壓電壓作為反饋電壓進(jìn)行穩(wěn)壓控制，反饋電壓輸入LM5117芯片的FB端，LM5117根據(jù)反饋電壓的大小，調(diào)節(jié)主電路開關(guān)器件的導(dǎo)通脈沖寬度，使開關(guān)電源的輸出電壓穩(wěn)定；

采用電流感應(yīng)放大器INA282作為輸出電流監(jiān)測(cè)芯片，通過檢測(cè)主回路的輸出電流從而輸出成線性比例的模擬電壓，以此來控制主控芯片LM5117的VCCDIS引腳；當(dāng)VCCDIS引腳電壓超過1.25V時(shí)，同步降壓控制器LM5117內(nèi)部VCC穩(wěn)壓器被禁用，從而實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)；

負(fù)載識(shí)別時(shí)，給負(fù)載電阻輸入恒定的電流1mA，則電阻兩端產(chǎn)生相應(yīng)的電壓，該電壓再與電源輸出電壓VCC通過LM324比較器進(jìn)行比較，得到反饋信號(hào)，輸入LM5117芯片，LM5117控制器調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動(dòng)波形的占空比，控制同步降壓電路的輸出，使輸出電壓等于電阻兩端的電壓，實(shí)現(xiàn)負(fù)載識(shí)別。

由運(yùn)放LM358和電阻R1、R2組成的電路，產(chǎn)生1mA的恒流源，再輸入負(fù)載電阻，產(chǎn)生相應(yīng)的反饋電壓，進(jìn)行負(fù)載識(shí)別。

本發(fā)明穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓輸出5V，最大輸出電流可達(dá)3.2A，電路轉(zhuǎn)換效率可達(dá)85％，并充分利用LM5117同步降壓控制器的功能特點(diǎn)和內(nèi)部資源，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出和過流保護(hù)。系統(tǒng)速度快、精度高，負(fù)載調(diào)整率為0.3％，電壓調(diào)整率為0.1％，滿載紋波為50mV。

附圖說明

圖1是降壓型直流開關(guān)穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是穩(wěn)壓控制電路圖；

圖3是過流保護(hù)控制電路圖；

圖4是負(fù)載識(shí)別電路圖。

具體實(shí)施方式

為了更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，結(jié)合附圖，作進(jìn)一步的詳細(xì)描述如下：

本發(fā)明的降壓型直流開關(guān)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)如圖1所示，包括LC濾波電路、1mA恒流源電路、負(fù)載識(shí)別電路、穩(wěn)壓控制電路、電流保護(hù)電路等。系統(tǒng)降壓控制部分采用TI公司的降壓控制器LM5117芯片實(shí)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)控制后級(jí)同步降壓電路，協(xié)調(diào)穩(wěn)定工作，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。開關(guān)管部分采用CSD18532KCMOS場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成同步整流方式的降壓電路，輸出穩(wěn)定的5V電壓。

1.同步降壓電路

構(gòu)建同步降壓電路，利用電子開關(guān)器件，通過控制電路，使開關(guān)管不停地“通”和“斷”，讓電子開關(guān)器件對(duì)輸入電壓進(jìn)行脈沖調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)電壓DC-DC變換，使輸出電壓可調(diào)和自動(dòng)穩(wěn)壓。系統(tǒng)采用LM5117輸出互補(bǔ)PWM脈沖,控制同步BUCK開關(guān)管工作，實(shí)現(xiàn)DC-DC電壓調(diào)制。

2.穩(wěn)壓控制電路

在輸入電壓變化、內(nèi)部參數(shù)變化、外接負(fù)載變化的情況下，控制電路取輸出電壓的分壓電壓作為反饋電壓，如圖2所示，反饋電壓V₂＝[R₂/(R₁+R₂)]·V_OUT，該電壓通過電壓跟隨器，輸入LM5117芯片的FB端，LM5117根據(jù)反饋電壓的大小，調(diào)節(jié)主電路開關(guān)器件的導(dǎo)通脈沖寬度，使開關(guān)電源的輸出電壓穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制。

3.過流保護(hù)電路

過流保護(hù)控制電路如圖3所示，采用電流感應(yīng)放大器INA282作為輸出電流監(jiān)測(cè)芯片，通過檢測(cè)主回路的輸出電流，從而輸出成線性比例的模擬電壓，以此來控制主控芯片LM5117的VCCDIS引腳；當(dāng)VCCDIS引腳電壓超過1.25V時(shí)，LM5117內(nèi)部VCC穩(wěn)壓器被禁用，從而實(shí)現(xiàn)在I_O＝3.2±0.1A處的過流保護(hù)功能。

4.負(fù)載識(shí)別電路

負(fù)載識(shí)別電路如圖4所示，在負(fù)載接口接上相應(yīng)負(fù)載電阻R，當(dāng)反饋電阻輸入1mA的恒定電流時(shí)，則電阻兩端產(chǎn)生相應(yīng)的電壓V_R，通過比較器，將該電壓V_R與電源輸出電壓V_CC進(jìn)行比較，得到反饋信號(hào)，輸入LM5117控制器的反饋FB端，LM5117調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動(dòng)波形的占空比，使電源輸出電壓等于電阻兩端的電壓，實(shí)現(xiàn)負(fù)載識(shí)別。恒流源電路由運(yùn)放LM358和電阻R1、R2組成，如圖4所示，產(chǎn)生1mA的直流電流。

5.降低紋波的方法

為了減小輸出電壓低頻紋波，可加大輸出低頻濾波的電感、電容參數(shù)或采用前饋控制方法，使低頻紋波降低到所需的指標(biāo)。對(duì)高頻紋波，可提高開關(guān)電源的工作頻率，以此來提高高頻紋波頻率，有利于降低輸出高頻紋波。還可以提供加大輸出高頻濾波器、采用多級(jí)濾波等措施來降低高頻紋波。