本發(fā)明涉及一種開關(guān)電源電路，尤其涉及一種基于cc/cv控制的開關(guān)電源電路。

背景技術(shù)：

開關(guān)電源最早起源于上世紀50年代初，美國宇航局以小型化、輕量化為目標，為搭載火箭開發(fā)了開關(guān)電源。在半個多世紀的發(fā)展過程中，開關(guān)電源因具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點而逐漸取代傳統(tǒng)技術(shù)制造的連續(xù)工作電源，并廣泛應用于電子整機與設(shè)備中。

20世紀80年代，計算機全面實現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計算機的電源換代。20世紀90年代，開關(guān)電源在電子、電氣設(shè)備、家電領(lǐng)域得到了廣泛的應用，開關(guān)電源技術(shù)進入快速發(fā)展時期。歷經(jīng)幾十年的不斷發(fā)展，現(xiàn)代開關(guān)電源技術(shù)有了重大的進步和突破。

目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用于以電子計算機為主導的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備，是當今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。直流開關(guān)穩(wěn)壓電源具有體積小、重量輕等特點，但其往往也存在著紋波大、電壓過沖及振鈴等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對以上問題，本發(fā)明提出一種基于cc/cv控制的開關(guān)電源電路。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于cc/cv控制的開關(guān)電源電路，包括buck電路、降壓控制器、電流采集電路、電壓采集電路、雙電平欠壓鎖定電路、打嗝限流電路、軟啟動保護電路、同步振蕩器、補償電路、斜坡電路、自舉電路、輸入濾波電路和輸出濾波電路。

輸入電壓先經(jīng)過輸入濾波電路，再連接buck電路；輸入濾波電路同時連接雙電平欠壓鎖定電路，雙電平欠壓鎖定電路連接降壓控制器；打嗝限流電路、軟啟動保護電路、接同步振蕩器、補償電路、斜坡電路和自舉電路均連接于降壓控制器；buck電路通過門級電阻連接于降壓控制器；電流采集電路連接buck電路與降壓控制器，電壓采集電路連接buck電路與降壓控制器；buck電路經(jīng)輸出濾波電路輸出電壓。

第一電感的電感值l計算公式為：

進一步地，降壓控制器為lm5117芯片，雙電平欠壓鎖定電路連接于lm5117芯片的uvlo端口；lm5117芯片的res端口連接打嗝限流電路；lm5117芯片的ss端口連接軟啟動保護電路；lm5117芯片的rt端口連接同步振蕩器；lm5117芯片的fb、comp端口連接補償電路；lm5117芯片的ramp、sw端口連接斜坡電路；lm5117芯片的vcc、hb、sw端口連接自舉電路；buck電路通過第一門級電阻連接于lm5117芯片的ho端口，通過第二門級電阻連接于lm5117芯片的lo端口。

進一步地，buck電路由第一晶體管、第二晶體管和第一電感構(gòu)成。電流采集電路由第一電阻構(gòu)成；電壓采集電路由第二電阻、第三電阻、第四電阻和第一電容構(gòu)成。雙電平欠壓鎖定電路由第五電阻、第六電阻和第二電容構(gòu)成。打嗝限流電路由第三電容構(gòu)成；軟啟動保護電路由第四電容構(gòu)成；同步振蕩器由第七電阻構(gòu)成；補償電路由第五電容、第六電容和第八電阻構(gòu)成；斜坡電路由電容第七電阻和第九電阻構(gòu)成；自舉電路由第八電容、第九電容和第一二極管構(gòu)成。輸入濾波電路由第十電容和第十一電容構(gòu)成；輸出濾波電路由第十二電容、第十三電容和第十四電容構(gòu)成。

有益效果：本發(fā)明開關(guān)電源采用降壓控制器lm5117芯片和csd18532kcsmos場效應管為核心器件，針對高頻開關(guān)電源存在的過沖及振鈴問題對電源進行優(yōu)化設(shè)計。該電路功能強大，性能指標優(yōu)良，具有較高的實用價值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述的基于cc/cv控制的開關(guān)電源電路框圖；

圖2是本發(fā)明所述的基于cc/cv控制的開關(guān)電源電路圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明。

如圖1所示是本發(fā)明所述的基于cc/cv控制的開關(guān)電源電路框圖，包括以下電路模塊：buck電路1、降壓控制器2、電流采集電路3、電壓采集電路4、雙電平欠壓鎖定電路5、打嗝限流電路6、軟啟動保護電路7、同步振蕩器8、補償電路9、斜坡電路10、自舉電路11、輸入濾波電路12和輸出濾波電路13。

降壓控制器2選用lm5117芯片，lm5117是一款同步降壓控制器，適用于各種輸入電源的降壓型穩(wěn)壓器應用，具有實現(xiàn)寬輸入工作的高效高電壓降壓型穩(wěn)壓器所必要的功能。其控制方法基于采用仿真電流斜坡的電流模式控制。電流模式控制具有固有的輸入電壓前饋、逐周期電流限制和簡化環(huán)路補償?shù)墓δ?。使用仿真控制斜坡可降低脈寬調(diào)制電路對噪聲的敏感度，有助于實現(xiàn)高輸入電壓應用所必需的極小占空比的可靠控制。

各電路模塊的具體連接為：輸入電壓先經(jīng)過輸入濾波電路12，再連接buck電路1；輸入濾波電路12同時連接雙電平欠壓鎖定電路5，雙電平欠壓鎖定電路5連接于lm5117芯片的uvlo端口；lm5117芯片的res端口連接打嗝限流電路6；lm5117芯片的ss端口連接軟啟動保護電路7；lm5117芯片的rt端口連接同步振蕩器8；lm5117芯片的fb、comp端口連接補償電路9；lm5117芯片的ramp、sw端口連接斜坡電路10；lm5117芯片的vcc、hb、sw端口連接自舉電路11；buck電路1通過門級電阻r10、r11連接于lm5117芯片的ho、lo端口；電流采集電路3、電壓采集電路4連接buck電路1與lm5117芯片；buck電路1的輸出端經(jīng)輸出濾波電路13輸出電壓。

本發(fā)明的基于cc/cv控制的開關(guān)電源電路的工作原理是：輸入電壓經(jīng)輸入濾波電路12濾波后，再由buck電路1降壓，電流采集電路3、電壓采集電路4采集輸出電流電壓，作為反饋信號發(fā)送到降壓控制器2，降壓控制器2輸出pwm波控制buck電路1的晶體管通斷，得到需要的輸出電壓，通過輸出濾波電路13輸出穩(wěn)定電壓。

如圖2所示是基于cc/cv控制的開關(guān)電源電路的電路圖。其中，buck電路1由第一晶體管q1、第二晶體管q2和第一電感l(wèi)1構(gòu)成。晶體管選用csd18532kcsmos場效應管。第一晶體管q1通過第一門級電阻r10連接到lm5117芯片的ho端口，第二晶體管q2通過第二門級電阻r11連接到lm5117芯片的lo端口，門級電阻用于減緩開關(guān)節(jié)點上升沿。

造成振鈴的根本原因在于mos管的高速開斷將過剩的能量注入到電路的寄生原件中，本發(fā)明通過降低mos管的開通速度對振鈴問題進行優(yōu)化。在mos管的柵極加入零歐姆的門級電阻，減緩開關(guān)節(jié)點的上升沿，同時為了避免降低mos管的關(guān)斷速度，造成不必要的開關(guān)損耗，對mos管增設(shè)自舉電阻。

buck電路中電感值l的大小是關(guān)鍵，其計算公式如下：

電流紋波比r如式1：

其中，δi為電感電流的變化幅值，ic為電感電流波形中心值。

開關(guān)電源紋波電流δi如式2：

其中，tcn為脈沖導通時間，von為輸出電壓，在buck電路中ic＝io，io為電感電流，即輸出電流，d＝ton/t＝ton×f。

由式1和2得到電感l(wèi)如式3：

如式4所示為伏秒法則：

d×von＝(1-d)×(vo+vd)4

其中，d為占空比，vo為晶體管的電壓降，vin為輸入電壓，von＝vin-vo。

可推導得出系統(tǒng)pwm波占空比如式5：

由式3和5得到電感l(wèi)如式6：

電流采集電路3由第一電阻r1構(gòu)成，用于檢測電流反饋給降壓控制器。電壓采集電路4由第二電阻r2、第三電阻r3、第四電阻r4和第一電容c1構(gòu)成，用于檢測電壓反饋給降壓控制器；其中，第二電阻r2和第一電容c1還構(gòu)成rc緩沖器，消除振蕩，降低振鈴峰值。

雙電平欠壓鎖定電路5由第五電阻r5、第六電阻r6和第二電容c2構(gòu)成。輸入電壓經(jīng)輸入濾波，并經(jīng)雙電平欠壓鎖定電路5為lm5117芯片供電。lm5117內(nèi)部包含一個雙電平欠壓鎖定電路(uvlo)，用于控制芯片的關(guān)斷與啟動。

打嗝限流電路6由第三電容c3構(gòu)成，用于對電路進行限流保護，電路進入打嗝模式，減緩對電路的沖擊，電容值的大小決定打嗝的時間。軟啟動保護電路7由第四電容c4構(gòu)成，該電容值決定軟啟動時間，表示達到最終穩(wěn)壓值的輸出電壓持續(xù)時間。同步振蕩器8由第七電阻r7構(gòu)成，為外部同步振蕩器，用于設(shè)置lm5117的開關(guān)頻率。補償電路9由第五電容c5、第六電容c6和第八電阻r8構(gòu)成，為ii型環(huán)路補償電路，用于配置誤差放大器增益和相位特性，以產(chǎn)生一個穩(wěn)定的電壓環(huán)路。斜坡電路10由第七電容c7和第九電阻r9構(gòu)成，為正斜率斜坡電路，用于仿真電感電流斜坡信號。自舉電路11由第八電容c8、第九電容c9和第一二極管d1構(gòu)成，位于芯片hb、sw端口的自舉電容為晶體管提供柵極電流，并為自舉二極管提供恢復電荷，自舉電容的值至少是0.1uf，為低esr陶瓷電容器。

輸入濾波電路12由第十電容c10和第十一電容c11構(gòu)成，用于減少輸入電壓紋波對電路的影響。輸出濾波電路13由第十二電容c12、第十三電容c13和第十四電容c14構(gòu)成，電容相當于恒定的電壓源，在電路里起到濾波的作用。

在此電路圖的基礎(chǔ)上進行pcb設(shè)計、焊接并調(diào)試。高速的電壓切換需要在pcb設(shè)計時注意功率器件的擺放，本發(fā)明對輸入電容和功率管的擺放進行優(yōu)化設(shè)計，盡可能地縮短輸入電容陽極端和控制管漏極間的距離以及輸入電容陰極端和同步管源極間的距離。縮短功率管與輸入電容之間的距離將減小兩者之間的寄生電感，抑制開關(guān)節(jié)點上的振鈴電壓。在實際制作中使用陶瓷電容作為輸入電容，其具有較低的等效串聯(lián)電感。

測試項目及結(jié)果如表1所示，電源額定輸出電壓實測5.01v，最大輸出電流3.3a。從測試結(jié)果可以看出，該電路輸出噪聲紋波小、負載調(diào)整率及電壓調(diào)整率低。同時電路還具有過流保護功能，動作電流實測3.22a，可進入打嗝狀態(tài)。電源的效率″η″≥85％，可達92.88％。

表1