降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器AP1510及其應(yīng)用

引言

隨著信息技術(shù)與集成電路的高速發(fā)展,電子產(chǎn)品逐漸向智能化、小型化、低功耗方面發(fā)展,同時(shí)電源必須做到小體積、高效率、低功耗,以適應(yīng)電子產(chǎn)品的高速發(fā)展。因此,高度集成的PWM控制器在電子產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用。

易亨(AnachiD)電子公司推出的降壓型PWM控制器APl510可以廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品的電源中。由于APl510芯片內(nèi)包含基準(zhǔn)電壓源、振蕩電路、誤差放大器、內(nèi)部PMOS開關(guān)管等電路,所以只須外加電感、電容、二極管等少量元器件,便可組成小體積、高效率的降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源。

l APl5lO的工作原理

APl510的原理框圖如圖l所示。

1．1 引腳功能及描述

腳1 (FB)反饋端,誤差放大器的反相輸入,通過分壓電阻連接電源輸出端。
腳2 (EN)使能端,工作或待機(jī)控制,高電平：正常運(yùn)行,低電平：待機(jī)運(yùn)行。
腳3(OCSET)輸出電流設(shè)定端,通過外部電阻設(shè)定最大輸出電流。
腳4 (VCC IC)電源輸入正端。
腳5、6 (Output)開關(guān)輸出端,P溝MOS場(chǎng)效應(yīng)管漏極,連接外部續(xù)流二極管和電感。
腳7、8 (VSS IC)電源輸入負(fù)端。

1.2 工作原理

由圖1可知,APl510由基準(zhǔn)電壓源、振蕩電路、誤差放大器、PWM控制器、過熱關(guān)斷控制電路以及P溝MOS場(chǎng)效應(yīng)管等部件組成。

基準(zhǔn)電壓源為芯片內(nèi)部電路提供穩(wěn)定的供電電壓,并為誤差放大器的同相輸入端提供0．8V的電壓基準(zhǔn)。它具有軟啟動(dòng)功能,可以防止電源啟動(dòng)時(shí)的沖擊,它還具有欠壓鎖定功能,當(dāng)輸入電壓低于3．3V時(shí)APl510停止工作;當(dāng)輸入電壓高于3.5V時(shí),它自動(dòng)恢復(fù)工作。

振蕩電路產(chǎn)生300 kHz的振蕩波形,當(dāng)發(fā)生過流保護(hù)或短路保護(hù)時(shí),工作頻率將從300 kHz減小到30kHz。

輸出電壓的取樣信號(hào)進(jìn)入誤差放大器的反相輸入端,經(jīng)比較后進(jìn)入PWM控制器,輸出占空比變化的方波去驅(qū)動(dòng)內(nèi)部的P溝M0S管：APl510調(diào)節(jié)脈沖的占空比可以從O％～100％,這使得APl510可以在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)正常工作。

過熱關(guān)斷電路使芯片結(jié)溫達(dá)到125℃時(shí)關(guān)斷,保護(hù)芯片不會(huì)因?yàn)檫^熱而損壞。其恢復(fù)溫度為100℃,25℃的溫度回差確保芯片過熱保護(hù)時(shí)不會(huì)振蕩。

APl510內(nèi)部具有P溝MOS管的限流功能,其計(jì)算方法為

式中：ILOAD為內(nèi)部P溝MOS管設(shè)定的工作電流,APl51O中MOS管的最大工作電流為3 A;RDS(ON)為APl510中MOS管的導(dǎo)通電阻,其值為100mΩ;IOCSET為APl5lO中內(nèi)部恒流源的工作電流,其值為100μA;ROCSET為腳OCSER對(duì)地的外接電阻。

APl510的輸入電壓范圍為3．6～23V,由于內(nèi)置了P溝MOS管,所以只需外加電感、電容、二極管等,便可組成降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源。由于采用固定頻率工作方式,因而內(nèi)部補(bǔ)償電路簡單,輸出紋波低,瞬態(tài)響應(yīng)好,電源的效率也很高。

2 應(yīng)用電路

圖2所示的電路是一個(gè)由APl510組成的典型降壓型DC／DC變換器,其輸入電壓為12 V,輸出電壓為5V。

圖2電路中RA、RB為輸出電壓設(shè)定電阻,輸出電壓VOUT與RA、RB阻值的關(guān)系如式(1)所列。

ROCSET為MOS管最大電流設(shè)定電阻,M0S管最大電流,IMOS與ROCET的關(guān)系如式(2)所列。

式中：RMOS為MOS管導(dǎo)通電阻,VIN=12V時(shí),RMOS典型值100mΩ。

對(duì)于電壓調(diào)整率要求較高的場(chǎng)合,圖2所示的電路就可能達(dá)不到要求了,而圖3所示的電路不僅有電壓調(diào)整率補(bǔ)償功能,而且具有待機(jī)功能。它能直接受到CPU或者其它數(shù)字電路的電平控制,即可進(jìn)行“工作／待機(jī)”模式切換,不需要另加接口電路。

圖3中成為補(bǔ)償電阻,輸入電壓越高反饋越強(qiáng),它起到電壓補(bǔ)償作用;Q1、Q2用于“開機(jī)／待機(jī)”控制,同時(shí)起到待機(jī)時(shí)切斷補(bǔ)償?shù)淖饔谩?shí)際應(yīng)用過程中可以根據(jù)輸入電壓范圍不同決定R2的大小,特別是輸入電壓較低時(shí)(如6～12V)效果顯著,輸入電壓較高(如12—20V)則可省略。

3 試驗(yàn)結(jié)果

按圖2所示電路,設(shè)計(jì)并調(diào)試了一個(gè)5 V輸出的穩(wěn)壓器,測(cè)試結(jié)果如下。

1)電壓調(diào)整率如表l所列。

2）負(fù)載調(diào)整率如表2所列。

3）輸出電流與效率的關(guān)系如圖4所示。

4）輸出紋波如圖5所示。

5)輸入電壓與占空比的關(guān)系如圖6所示。

測(cè)試條件,負(fù)載電阻：5Ω。CHl為0utput腳輸出電壓波形,CH2為輸入電壓波形,量程均為2．OOV／div。圖6(a)中輸入電壓為5．50V,工作頻率300 kHz,占空比約90％。圖6(b)中輸入電壓為5．20V,工作頻率已經(jīng)降低到50kHz,占空比進(jìn)一步增大,占空比約95％。圖6(c)中輸入電壓為5．15V,占空比寬度已經(jīng)為100％,開關(guān)管處于直通狀態(tài)。

由于APl510的占空比可達(dá)100%,在VIN=5．5V時(shí)VOET=4 85V,VIN=6V時(shí)VOUT=4．89 V,這對(duì)一般的PWM控制器來說是很難做到的。雖然APl510有很多優(yōu)點(diǎn),但它的電壓調(diào)整率典型值為1％。從電壓調(diào)整數(shù)據(jù)看來,特別是在輸入電壓較低的情況下APl510電壓調(diào)整率不是太高。

4 結(jié)語

降壓型PWM控制器APl510集成度高,內(nèi)部P溝MOS管導(dǎo)通電阻小,占空比能達(dá)到100％,由它組成的降壓型穩(wěn)壓器,電路簡單、效率高,因而在電子產(chǎn)品的電源中有著廣泛的應(yīng)用。