降压型开关稳压器

2万 · 2014-6-23 23:33

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。

　　l APl5lO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。

2万 · 2014-6-23 23:33

　　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300kHz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0％～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。

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　　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。

2万 · 2014-6-23 23:34

　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。

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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。

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ROCSET为MOS管最大电流设定电阻，M0S管最大电流，IMOS与ROCET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。

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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。

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　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。

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2）负载调整率如表2所列。

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3）输出电流与效率的关系如图4所示。

4）

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4）输出纹波如图5所示。

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5）输入电压与占空比的关系如图6所示。

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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2.00V／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。

降压型开关稳压器

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