降压型PWM控制器APl510原理及应用

引言

随着信息技术与集成电路的高速发展,电子产品逐渐向智能化、小型化、低功耗方面发展,同时电源必须做到小体积、高效率、低功耗,以适应电子产品的高速发展。因此,高度集成的PWM控制器在电子产品中得到了广泛应用。

易亨(AnachiD)电子公司推出的降压型PWM控制器APl510可以广泛应用于电子产品的电源中。由于APl510芯片内包含基准电压源、振荡电路、误差放大器、内部PMOS开关管等电路,所以只须外加电感、电容、二极管等少量元器件,便可组成小体积、高效率的降压型开关稳压电源。

1APl5lO的工作原理

APl510的原理框图如图1所示。

1.1 引脚功能及描述

脚1 (FB)反馈端,误差放大器的反相输入,通过分压电阻连接电源输出端。

脚2 (EN)使能端,工作或待机控制,高电平：正常运行,低电平：待机运行。

脚3(OCSET)输出电流设定端,通过外部电阻设定最大输出电流。

脚4 (VCC IC)电源输入正端。

脚5、6 (Output)开关输出端,P沟MOS场效应管漏极,连接外部续流二极管和电感。

脚7、8 (VSS IC)电源输入负端。

1.2 工作原理

由图1可知,APl510由基准电压源、振荡电路、误差放大器、PWM控制器、过热关断控制电路以及P沟MOS场效应管等部件组成。

基准电压源为芯片内部电路提供稳定的供电电压,并为误差放大器的同相输入端提供0.8V的电压基准。它具有软启动功能,可以防止电源启动时的冲击,它还具有欠压锁定功能,当输入电压低于3.3V时APl510停止工作;当输入电压高于3.5V时,它自动恢复工作。

振荡电路产生300 kHz的振荡波形,当发生过流保护或短路保护时,工作频率将从300 kHz减小到30kHz。

输出电压的取样信号进入误差放大器的反相输入端,经比较后进入PWM控制器,输出占空比变化的方波去驱动内部的P沟M0S管：APl510调节脉冲的占空比可以从O%～100%,这使得APl510可以在很宽的输入电压范围内正常工作。

过热关断电路使芯片结温达到125℃时关断,保护芯片不会因为过热而损坏。其恢复温度为100℃,25℃的温度回差确保芯片过热保护时不会振荡。

APl510内部具有P沟MOS管的限流功能,其计算方法为

式中：ILOAD为内部P沟MOS管设定的工作电流,APl51O中MOS管的最大工作电流为3 A;

RDS(ON)为APl510中MOS管的导通电阻,其值为100mΩ;

IOCSET为APl5lO中内部恒流源的工作电流,其值为100μA;

ROCSET为脚OCSER对地的外接电阻。

APl510的输入电压范围为3.6～23V,由于内置了P沟MOS管,所以只需外加电感、电容、二极管等,便可组成降压型开关稳压电源。由于采用固定频率工作方式,因而内部补偿电路简单,输出纹波低,瞬态响应好,电源的效率也很高。

2 应用电路

图2所示的电路是一个由APl510组成的典型降压型DC/DC变换器,其输入电压为12 V,输出电压为5V。

图2电路中RA、RB为输出电压设定电阻,输出电压VOUT与RA、RB阻值的关系如式(1)所列。

ROCSET为MOS管最大电流设定电阻,M0S管最大电流,IMOS与RO的关系如式(2)所列。

式中：RMOS为MOS管导通电阻,VIN=12V时,RMOS典型值100mΩ。

对于电压调整率要求较高的场合,图2所示的电路就可能达不到要求了,而图3所示的电路不仅有电压调整率补偿功能,而且具有待机功能。它能直接受到CPU或者其它数字电路的电平控制,即可进行“工作/待机”模式切换,不需要另加接口电路。

图3中成为补偿电阻,输入电压越高反馈越强,它起到电压补偿作用;Q1、Q2用于“开机/待机”控制,同时起到待机时切断补偿的作用。实际应用过程中可以根据输入电压范围不同决定R2的大小,特别是输入电压较低时(如6～12V)效果显著,输入电压较高(如12—20V)则可省略。

3 试验结果

按图2所示电路,设计并调试了一个5 V输出的稳压器,测试结果如下。

1)电压调整率如表l所列。

2)负载调整率如表2所列。

3)输出电流与效率的关系如图4所示。

4)输出纹波如图5所示。

5)输入电压与占空比的关系如图6所示。

测试条件,负载电阻：5Ω。CHl为0utput脚输出电压波形,CH2为输入电压波形,量程均为2.OOV/div。图6(a)中输入电压为5.50V,工作频率300 kHz,占空比约90%。图6(b)中输入电压为5.20V,工作频率已经降低到50kHz,占空比进一步增大,占空比约95%。图6(c)中输入电压为5.15V,占空比宽度已经为100%,开关管处于直通状态。

由于APl510的占空比可达100%,在VIN=5.5V时VOET=4 85V,VIN=6V时VOUT=4.89 V,这对一般的PWM控制器来说是很难做到的。虽然APl510有很多优点,但它的电压调整率典型值为1%。从电压调整数据看来,特别是在输入电压较低的情况下APl510电压调整率不是太高。

4 结语

降压型PWM控制器APl510集成度高,内部P沟MOS管导通电阻小,占空比能达到100%,由它组成的降压型稳压器,电路简单、效率高,因而在电子产品的电源中有着广泛的应用。