LM5117搭建的的Buck电路详析

LM5117是一款同步降压控制器，适用于高电压或各种输入电源的降压型稳压器应用。其控制方法基于采用仿真电流斜坡的电流模式控制。电流模式控制具有固有的输入电压前馈、逐周期电流限制和简化环路补偿的功能。使用仿真控制斜坡可降低脉宽调制电路对噪声的敏感度，有助于实现高输入电压应用所必需的极小占空比的可靠控制。
LM5117的工作频率可以在50kHz至750kHz范围内设定。LM5117可利用自适应死区时间控制来驱动外部高边和低边NMOS功率开关管。用户可选的二极管仿真模式可实现非连续模式操作，提高轻负载条件下的效率。高电压偏置稳压器可利用外部偏置电源进一步提高效率。LM5117独特的模拟遥测功能可提供平均输出电流信息。其他功能还包括热关断、频率同步、断续（hiccup）模式电流限制和可调输入欠压锁定。今天讲讲LM5117的buck电路

BUCK电路是基本的DC-DC电路之一，其驱动电压一般为PWM（Pulsewidthmodulation脉宽调制）信号，信号周期为Ts，则信号频率为f=1/Ts，导通时间为Ton，关断时间为Toff，则周期Ts=Ton+Toff，占空比Dy=Ton/Ts。

UVLO：从VIN至AGND可使用一个外部UVLO设定点分压器RUV2来设置稳压器的最小输入工作电压。分压器的设计必须是当输入电压处在所需工作范围时。UVLO引脚可以用一个齐纳二极管来钳位，UVLO迟滞是通过一个内部20Am灌电流完成的，该电流开启或关闭进入UVLO设定点分压器的阻抗。当UVLO引脚的电压超过1.25V阈值时，灌电流被启用，迅速提高UVLO引脚的电压。当UVLO引脚电压降至低于1.25V阈值时，灌电流被禁用，导致UVLO引脚的电压迅速下降。将CFT电容器与RUV1并联，有助于最大限度地降低注入到UVLO引脚的开关噪声。

DEMB引脚：在二极管仿真模式下，在检测到反向电流流过（电流从输出到地流经低边NMOS）后，低边NMOS在PWM周期的其余部分被锁断。该引脚浮置，LM5117内部的50KΩ下拉电阻可保持DEMB引脚为低电平，并启用二极管仿真。
RES引脚、SS引脚：为了在长时间电流限制条件下在进一步保护稳压器，LM5117提供了打嗝模式电流限制功能。内部打嗝模式故障定时器可计算逐周期电流限制发生期间的PWM时钟周期。当断续模式故障定时器检测256个连续周期的电流限制时，内部重启定时器强制控制器进入低功耗待机模式，并开始灌出10uAm电流进入RES引脚电容CRES。在此待机模式下，HO和LO输出被禁用，且软启动电容SSC被放电。CRES从RES引脚连接至AGND，以决定LM5117自动重启之前保持待机的时间（tRES）。当RES引脚电压超过1.25VRES阈值时，RES电容被放电，并开始一个软启动顺序。

RT引脚：LM5117开关频率是通过RT引脚和AGND引脚之间连接的一个外部电阻来设定的。该电阻应位于非常靠近器件的位置，并直接连接至RT和AGND引脚。
AGND：模拟接地。内部0.8V电压基准电路和模拟电路的回路。
VCCDIS引脚：VCCDIS有一个内部500KΩ下拉电阻，当此引脚浮置时，可启用VCC稳压器。
FB、COMP：取自FB引脚输出的电阻（RFB1、RFB2）分压信号可设定输出电压电平。内部高增益误差放大器可以产生一个与FB引脚电压和内部高精度0.8V基准之差成正比的误差信号。连接至COMP引脚的误差放大器的输出允许用户实现II型环路补偿元件，即RCOMP、CCOMP和可选的CHF。

CM：它提供检测到的电感电流平均值。监视器直接连在CM和AGND之间，不使用此引脚时CM应浮置。
RAMP:SW引脚、RAMP引脚和AGND引脚之间连接的外部电阻和电容用来设置PWM斜坡斜率。选择合适的元件值以此产生一个RAMP斜坡信号。
CS、CSG：用于传统电流模式控制的脉宽调制器斜坡信号通常直接来自于高边开关管电流。此开关电流与电感电流的正斜率部分相符。使用此信号的PWM斜坡可将控制环路传递函数简化为一个极点响应，同时可实现固有的输入电压前馈补偿。使用高边开关电流信号进行PWM控制的缺点是前沿尖峰很大，因为必须过滤或消隐电路的寄生效应。利用一个高边电流检测电路，通过滤波、消隐时间和传播延迟可限制最小可实现脉冲宽度。在输入电压可能高于输出电压的应用场合，控制小脉冲宽度和占空比对稳压非常必要。LM5117采用了一个独特的斜坡发生器，它实际上并不测量高边开关管电流，而是重建这个信号。表征或仿真电感器电流为PWM比较器提供了一个斜坡信号，此信号没有前沿尖峰，也无需测量或滤波延迟，同时保持了传统峰值电流模式控制的优点。电流重建由两部分组成：采样和保持直流电平和仿真的电感电流斜坡，如图8所示。采样和保持直流电平是由测量流经电流检测电阻的循环电流得出的。只有在高边开关管的下一个传导时间间隔开始之前，才能对检测电阻两端的电压采样和保持。电流检测放大器的增益为10，采样和保持电路提供了重建电流信号的直流电平，正斜率电感电流斜坡是通过连接在RAMP和AGND之间的RAMPC，以及连接在SW和RAMP之间的RAMPR进行仿真的RAMPR不应直接连接至VIN，因为在高输入电压条件下，电压可能超过RAMP引脚的绝对最大额定电压。在关断时间内，CRAMP通过一个内部开关管放电，且在最小关断时间内必须完全放电。

PGND：低边NMOS栅极驱动器的电源接地返回引脚。直接连接至电流检测电阻的低边。
LO、HO:LM5117包含几个大电流NMOS驱动器和一个相关的高边电平转换器，以驱动外部高边NMOS器件。这个高边栅极驱动器与一个外部二极管DHB及一个自举电容配合工作。自举电容以短走线连接在HB和SW引脚之间。在高边NMOS驱动器的关断时间内，SW引脚电压约为0V，CHB经DHB从VCC充电。当运行在高PWM占空比时，高边NMOS器件每个周期被迫关闭320ns，以确保CHB被充电。此设计中选用CSD18532KCSMOS场效应管减小功耗。LO、HO分别与MOS管栅极相连。
SW：降压稳压器的开关节点。高边NMOS晶体管的源端和低边NMOS的漏端通过一条短而低电感的路径连接至自举电容。
HB：用于自举栅极驱动的高边驱动器电源。连接至外部自举二极管的阴极和自举电容。自举电容提供电流为高边NMOS栅极充电，应尽可能靠近控制器放置。
VIN:VCC稳压器电源电压输入源。