一种降压型直流开关稳压电源

一种降压型直流开关稳压电源

技术领域

本发明专利涉及电子设计技术领域，尤其涉及一种降压型直流开关稳压电源。

背景技术

开关稳压电源是利用晶体管在截止与饱和状体即开关工作状态下的电源电路。开 关稳压电源的调整管工作在开关状态，其通过调整管的电流是断续的，由此导致输出电压 曲线的稳定性不够理想，因而有必要予以改进。

附图说明

图1：稳压控制电路图。

图2：系统总体框图。

图3：主程序流程图。

发明专利内容

本发明专利涉及一种降压型直流开关稳压电源，本发明采用DC-DC加MCU的方式，使用 德州仪器（TI）高性能超低功耗处理器MSP430F5438A为核心控制。将外接负载识别电阻与参 考电阻R串联分压后，用单片机内部ADC 采集负载识别电阻两端电压大小，从而计算出该电 阻阻值，之后配置外部DAC输出相应的电压值用于作为参考电压。将参考电压与LM5117输出 的反馈电压用比较器进行比较。将比较器输出端连接到LM5117的反馈引脚FB，从而根据负 载识别电阻大小精确控制输出电压大小。

具体实施方式

为了使本发明专利的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施 例，对本发明专利进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本发明专利，并不用于限定本发明专利。

本发明专利涉及一种降压型直流开关稳压电源，本发明采用DC-DC加MCU的方式， 使用德州仪器（TI）高性能超低功耗处理器MSP430F5438A为核心控制。将外接负载识别电阻 与参考电阻R串联分压后，用单片机内部ADC 采集负载识别电阻两端电压大小，从而计算出 该电阻阻值，之后配置外部DAC输出相应的电压值用于作为参考电压。将参考电压与LM5117 输出的反馈电压用比较器进行比较。将比较器输出端连接到LM5117的反馈引脚FB，从而根 据负载识别电阻大小精确控制输出电压大小。

进一步的，本发明中LM5117 采用的是同步整流，上管作为功率管，下管为续流管， 在上管关闭后，由于两端电流不突变，所以低管为电感续流，进而为外接负载续流。普通的 开关电源芯片采用的是二极管续流，由于二极管有个PN结压降（一般0.5V），输出电压较小 时随着输出电流增大，在二极管上的损耗将会很大，这将极大的影响整个电源供电的效率。 LM5117将续流二极管换成了超低导通内阻NMOSFET，在大电流低电压输出时损耗会大大降 低，从而提高电源系统的效率。

进一步的，LM5117内置误差放大器，通过比较器输出电平给LM5117反馈引脚，进而 调节输出占空比，从而实现稳压的功能。本发明通过一个继电器来选择反馈电阻通道，根据 外接是否有电阻来判断默认选择固定电压反馈通道，在检测到电阻后，控制DAC 的输出电 压来与反馈信号进行比较，进而控制输出电压的稳定。稳压控制电路原理图如图1所示。

进一步的，由于开关管不断导通关断，电感电容不停的充放电，从而产生了输出电 压的幅度波动，可以适当提高开关频率来降低纹波。本发明采用546KHz 开关频率，为了达 到较小的输出纹波，选择37uH输出电感，并选择了低ESR，470uF输出电容来降低负载下的纹 波，并通过合理的PCB 走线来降低走线纹波带来的干扰。

进一步的，系统总体框图如图2所示。

进一步的，TI公司的降压控制器LM5117芯片和CSD18532KCS MOS场效应管为核心 器件搭建DC-DC变换电路，作为负载主回路。本发明采用LM5117做降压控制器，输出5V、3A 电流。开关频率546KHz。

进一步的，DC-DC主回路采用德州仪器官方提供的LM5117 同步降压整流芯片和超 低导通电阻，高速NMOSFET—CSD18532，搭建降压直流稳压电源。以超低功耗单片机 MSP430F5438A，为主控芯片，采用内部ADC采样。LM393高速比较器，进行过流保护比较和电 压调节比较。模数转换采用MCP4822为比较器反相输入端提供参考电压。XL4005作为辅助电 源芯片提供3.3V供电系统。此设计是电源电压可调的关键，通过从输出端串联两个电阻分 压后反馈给比较器同相输入端，比较器反相输入端接DAC输出电压，通过调节DAC 输出电压 值，从而改变控制阀值，并将比较器的输出端直接接到LM5117 反馈引脚FB。当改变DAC 输 出电压时，输出电压也会随之改变。从而实现了电压调节的功能，为外接负载识别电阻调节 输出电压大小提供了基础。

进一步的，本发明采用MSP430F5434A内置ADC采样，根据公式（U0 = R / 1K）处理 后，控制DAC输出电压作为参考电压控制输出电压的大小，从而实现自动识别，自动控制的 目的。不接负载识别电阻则默认选择固定输出电压通道，当ADC检测到有允许范围内的阻值 时，单片机控制继电器选择电压可调通道，根据采样的电阻值，来控制输出电压。

进一步的，主程序流程如3所示，源程序代码如下：

#include <msp430x54x.h>

#include "4822_SPI.H"

#include "MSP430_ADC.H"

float ADR=326.0; //ADC采样值

int DAU = 3496; //DAC输出值

float R=0.0; // R 的值

void main(void)

{

WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD; // Stop watchdog timer

Init_ADC(); //初始化ADC

_4822_IO_init(); //初始化DAC通信接口

P2DIR |= BIT3;

P2REN |= BIT3;

P2OUT ^= BIT3; //置低，选择固定5 V 输出

while(1)

{

ADC12CTL0|=ADC12SC; //进行一次转换

while(ADC12CTL0&0X0); //等待转换完成

ADR=ADC12MEM0; //获得采样值

R= 10*ADR/(4096-ADR);//获得R的值

if(ADR < 100 || ADR > 2098 ) //上限设置为10.5k

{

P2OUT &= ~BIT3;

}

if(ADR > 100 && ADR < 372)//0-1K

{

P2OUT |= BIT3;

DAU = 261-(1-R)*261;

}

if(ADR == 372)//1K

{

P2OUT |= BIT3;

DAU = 261;

}

if(ADR > 372 && ADR < 682)//1-2K

{

P2OUT |= BIT3;

DAU = 661-(2-R)*400;

}

if(ADR == 682)//2K

{

P2OUT |= BIT3;

DAU = 661;

}

if(ADR > 682 && ADR < 945)//2-3K

{

P2OUT |= BIT3;

DAU = 1046-(3-R)*385;

}

if(ADR == 945)//3K

{

P2OUT |= BIT3;

DAU = 1046;

}

if(ADR > 945 && ADR < 1170)//3-4K

{

P2OUT |= BIT3;

DAU = 1436-(4-R)*390;

}

if(ADR == 1170)//4K

{

P2OUT |= BIT3;

DAU = 1436;

}

if(ADR > 1170 && ADR < 1365)//4-5K

{

P2OUT |= BIT3;

DAU = 1811-(5-R)*375;

}

if(ADR == 1365)//5K

{

P2OUT |= BIT3;

DAU = 1811;

}

if(ADR > 1365 && ADR < 1535)//5-6K

{

P2OUT |= BIT3;

DAU = 2186-(6-R)*375;

}

if(ADR == 1535)//6K

{

P2OUT |= BIT3;

DAU = 2186;

}

if(ADR > 1535 && ADR < 1686)//6-7K

{

P2OUT |= BIT3;

DAU = 2556-(7-R)*370;

}

if(ADR == 1686)//7K

{

P2OUT |= BIT3;

DAU = 2556;

}

if(ADR > 1686 && ADR < 1820)//7-8K

{

P2OUT |= BIT3;

DAU = 2920-(8-R)*364;

}

if(ADR == 1820)//8K

{

P2OUT |= BIT3;

DAU = 2920;

}

if(ADR > 1820 && ADR < 1940)//8-9K

{

P2OUT |= BIT3;

DAU = 3296-(9-R)*376;

}

if(ADR == 1940)//9K

{

P2OUT |= BIT3;

DAU = 3296;

}

if(ADR > 1940 && ADR < 2048)//9-10K

{

P2OUT |= BIT3;

DAU = 3696-(10-R)*400;

}

if(ADR == 2048)//10K

{

P2OUT |= BIT3;

DAU = 3696;

}

Awrit(DAU); //DAC输出参考电压

}

}

以上所述仅为本发明专利的较佳实施例而已，并不用以限制本发明专利，凡在本发明 专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明专利的保 护范围之内。