LM系列開關電源集成電路

LM1572是一個頻率為500kHz降壓型開關脈寬調制穩(wěn)壓電路,可驅動1.5A的負載,占用較小的PCB空間,有極好的電流響應特性和較寬的工作電壓范圍,是美國國半公司采用先進的模擬雙極形CMOS與DMOS處理工藝制造,能夠較高的開關頻率下提供較高的效率。內置150mΩ場效應功率管可在較小的封裝中提供較大的功率。

    LM1572具有可編程軟啟動和防浪涌沖擊電流的頻率反饋電路,可按次序實現(xiàn)與TTL兼容的切斷功能。待機狀態(tài)具有2.3mA的上拉電流,切斷狀態(tài)耗電僅為26uA。LM1572的TSSOP-16封裝形式可實現(xiàn)輸出可調或固定輸出為5.0V和3.3V。而可調形式則能實現(xiàn)2.42V至5.0V連續(xù)可調。其主要特性如下:

     主要特征

     500kHz的開關時鐘和小型封裝形式。
     內置150Ω場效應功率管MOSFET。
     能驅動1.5A的電流負載。
     電流控制模式。
     可編程軟啟動功能。
     內置斜率補償功能。
     兼容TTL電路。
     固定5V和3.3V或可調輸出。
     關閉狀態(tài)耗電僅為26uA。
     逐周電流抑制功能。
     短路和超溫保護電路。
     TSSOP-16封裝形式。
 
線性穩(wěn)壓電源效率低,所以通常不適合于大電流或輸入、輸出電壓相差大的情況。開關電源的效率相對較高,而且效率不隨輸入電壓的升高而降低,電源通常不需要大散熱器,體積較小,因此在很多應用場合成為必然之選。開關電源按轉換方式可分為斬波型、變換器型和電荷泵式,按開關方式可分為軟開關和硬開關。

斬波型開關電源
   斬波型開關電源按其拓撲結構通?梢苑譃3種:降壓型(Buck)、升壓型(Boost)、升降壓型(Buck-boost)。降壓型開關電源電路通常如圖1所示。
圖1中,T為開關管,L1為儲能電感,C1為濾波電容,D1為續(xù)流二極管。當開關管導通時,電感被充磁,電感中的電流線性增加,電能轉換為磁能存儲在電感中。設電感的初始電流為iL0,則流過電感的電流與時間t的關系為:
   iLt= iL1+(Vi-Vo-Vs)t/L,Vs為T的導通電壓。
   當T關斷時,L1通過D1續(xù)流,從而電感的電流線性減小,設電感的初始電流為iL1,則則流過電感的電流與時間t的關系:
   iLt=iL1-(Vo+Vf)t/L,Vf為D1的正向飽和電壓。

圖1 降壓型開關電源基本電路

34063的特殊應用
● 擴展輸出電流的應用
    DC/DC轉換器34063開關管允許的峰值電流為1.5A,超過這個值可能會造成34063永久損壞。由于通過開關管的電流為梯形波,所以輸出的平均電流和峰值電流間存在一個差值。如果使用較大的電感,這個差值就會比較小,這樣輸出的平均電流就可以做得比較大。例如,輸入電壓為9V,輸出電壓為3.3V,采用220μH的電感,輸出平均電流達到900mA,峰值電流為1200mA。

   單純依賴34063內部的開關管實現(xiàn)比900mA更高的輸出電流不是不可以做到,但可靠性會受影響。要想達到更大的輸出電流,必須借助外加開關管。圖2和圖3是外接開關管降壓電路和升壓電路。

圖2 升壓型達林頓及非達林頓接法

圖3  降壓型達林頓及非達林頓接法

   采用非達林頓接法,外接三極管可以達到飽和,當達到深度飽和時,由于基區(qū)存儲了相當?shù)碾姾,所以三極管關斷的延時就比較長,這就延長了開關導通時間,影響開關頻率。達林頓接法雖然不會飽和,但開關導通時壓降較大,所以效率也會降低?梢圆捎每癸柡万寗蛹夹g,圖4所示,此驅動電路可以將Q1的Vce保持在  0.7V以上,使其導通在弱飽和狀態(tài)。

圖4  抗飽和驅動電路

  利用一片34063就可以產生三路電壓輸出,如圖5所示。
 
  圖5  輸出3路電壓的34063電路

   +VO的輸出電壓峰值可達2倍V_IN,-VO的輸出電壓可達-V_IN。需要注意的是,3路的峰值電路不能超過1.5A,同時兩路附加電源的輸出功率和必須小于V_IN·I·(1-D),其中I為主輸出的電流,D為占空比。在此兩路輸出電流不大的情況下,此電路可以很好地降低實現(xiàn)升壓和負壓電源的成本。

● 具有關斷功能的34063電路
   34063本身不具有關斷功能,但可以利用它的過流飽和功能,增加幾個器件就可以實現(xiàn)關斷功能,同時還可以實現(xiàn)延時啟動。
圖6是具有關斷功能的34063電路,R4取510Ω,R6取3.9kΩ。當控制端加一個高電平,則34063的輸出就變成0V,同時不影響它的過流保護功能的正常工作。
將此電路稍加改動,就可以得到具有延時啟動功能的34063電路,如圖7所示。
取C11為1μF,R10為510Ω,就可以達到200~500ms的啟動延時(延時時間和輸入電壓有關)。這個電路的缺點就是當峰值電流過流時無法起到保護作用,只能對平均電流過流起保護作用。

● 恒流恒壓充電電路
    恒壓恒流充電電路如圖8所示,可用于給蓄電池進行充電,先以500mA電流恒流充電,充到13.8V后變?yōu)楹銐撼潆,充電電流逐漸減小。

34063的局限性
    由34063構成的開關電源雖然價格便宜、應用廣泛,但它的局限性也是顯而易見的。主要有以下幾點:
(1)效率偏低。對于降壓應用,效率一般只有70%左右,輸出電壓低時效率更低。這就使它不能用在某些對功耗要求嚴格的場合,比如USB提供電源的應用。
(2)占空比范圍偏小,約在15%~80%,這就限制了它的動態(tài)范圍,某些輸入電壓變化較大的應用場合則不適用。
(3)由于采用開環(huán)誤差放大,所以占空比不能鎖定,這給電路參數(shù)的選擇帶來麻煩,電感量和電容量不得不數(shù)倍于理論計算值,才能達到預期的效果。雖然34063有許多缺點,但對產品利潤空間十分有限的制造商來說,它還是設計開關電源的很好選擇。

圖6  具有關斷功能的34063電路

圖7  具有延時啟動功能的34063電路

圖8  恒壓恒流充電電路

 


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