降压型直流开关稳压电源仿真图，最简单的直流降压电源

随着通信、计算机和家用电器领域便携式电子产品的不断增长。电力电子技术正在迅速发展。 DC-DC开关电源因其重量轻、效率高、功耗低、体积小、稳压范围宽等优点而得到广泛应用。随着工艺制造水平的提高，开关电源的频率逐渐提高，更高的频率正在使开关电源变得更小，使其能够应用于更广泛的应用领域。目前市场上的开关电源一般是采用双极型晶体管的开关频率在100KHz左右的电源和采用MOSFET的开关频率在500KHz左右的电源。但这样的频率还不够，目前未来开关电源的发展方向主要是高可靠性、高频、低噪声、低功耗、抗干扰、模块化。该设计具有平均效率，但减少纹波并添加限流电路以提高系统稳定性。

1、降压型DC-DC开关电源原理

1.1 降压型DC-DC开关电源的配置

其中，开关调节元件MOSFET由PWM控制信号导通或截止。电感L为储能元件，电容C为滤波元件。当开关管关断时，二极管VD能持续维持输出电流，故称为续流二极管。当控制信号导通开关管VT时，滤波电感L中的电流逐渐增大，存储的能量逐渐增大。当控制信号关断开关时，流经电感L的电流减小，L两端的感应电压导通二极管VD。电感器L 中存储的能量通过电感器L 传输到负载。续流二极管如果控制信号周期足够小，可以通过控制VT开通和关断的时间来控制输出电压。

1.2 控制信号

根据原理，控制信号主要分为三种类型。 1) 脉宽调制（PWM）。开关频率固定，改变脉冲宽度以调整占空比并稳定输出电压。优点是控制方便，缺点是输出电压调节范围不宽，需要防止空载。目前集成开关电源芯片大多采用脉宽调制，本设计采用的LM5117芯片采用脉宽调制。 2）脉冲频率调制（PFM）。改变开关频率可固定脉冲宽度并调整占空比以稳定输出电压。脉冲频率调制的输出电压调节范围很宽，可以空载。 3）混合调制是指脉冲的频率和宽度不固定而是可以改变的调制方法。

2、稳压电路设计分析计算

LM5117内置了很多运算放大器，但为了实现其功能，需要配置相应的外围电路，如设置开关频率的定时电阻RT、电流检测电阻RS、输出电感等。下面详细描述本设计所需的配置电路元件，包括L0、灯电容CRAMP 和灯电阻RRAMP。

2.1 定时电阻

选择合适的开关电源开关频率非常重要，开关频率越高，开关电源可以越小，效率越高，纹波越低，但开关频率越高，损耗也越大会增加做。由于MOS管劣化，效率降低。考虑到本设计的电路效率和电压纹波，开关频率FW最终选择为425KHz。在这样的开关频率下，电路的工作效率可以达到85%以上，噪声纹波也小于50mV，定时电阻Rt的计算公式如下： 选取标准值11.3k。

2.2 输出电感

输出电感为储能元件，IPP为电感的峰峰值纹波电流值，IPP(MAX)为最大峰峰值电流值，可在20%~40%之间选择。满载电流（3A）。考虑电感器中的铜损和铁损。这里，IPP (MAX) 选择为3A 满载电流的40%。开关电源的最大输入电压VIN(MAX)为17.6V。

三、测试结果及分析

3.1 测试分析

1）测试结果显示输出电压稳定在5V左右，但电容充电过程造成60mV的误差。解决方案是降低输出电压的电阻。反馈结束使电压返回到5V。

2）最大输出电流反映了开关电源带负载的能力。本设计达到3.11A

3) 负载输出纹波变化30mV。主要原因是走线的线宽太小、走线太长，包括电感值、走线方向、布局等因素，都会对输出电压波形造成明显的干扰。

4) 负载调整率是开关电源稳定负载电压的能力。负载调节率受开关频率影响；高开关频率会提高效率，但会降低负载能力；低开关频率会降低效率，但会增加负载能力。本设计实现了2.6%的负载波动率。

5）稳压比反映了开关电源的稳压能力以及输入电压从17.6V变化到13.6V时对输出电压的调节能力。该设计的电压调节比几乎为零。

6）开关电源的效率主要是通过计算附加损耗的多少来计算的，但在这种方法中，莫斯管的损耗是最重要的。本设计效率达到85%以上

7）过流保护电流的大小取决于采样电阻的大小，采样电阻越大，过流保护电流越小。设计设定过流保护电流3.15A。

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