降壓型開關穩(wěn)壓器AP1510及其應用

引言

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

易亨(AnachiD)電子公司推出的降壓型PWM控制器APl510可以廣泛應用于電子產品的電源中。由于APl510芯片內包含基準電壓源、振蕩電路、誤差放大器、內部PMOS開關管等電路,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,工作或待機控制,高電平：正常運行,低電平：待機運行。
腳3(OCSET)輸出電流設定端,通過外部電阻設定最大輸出電流。
腳4 (VCC IC)電源輸入正端。
腳5、6 (Output)開關輸出端,P溝MOS場效應管漏極,連接外部續(xù)流二極管和電感。
腳7、8 (VSS IC)電源輸入負端。

1.2 工作原理

由圖1可知,APl510由基準電壓源、振蕩電路、誤差放大器、PWM控制器、過熱關斷控制電路以及P溝MOS場效應管等部件組成。

基準電壓源為芯片內部電路提供穩(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。它具有軟啟動功能,可以防止電源啟動時的沖擊,它還具有欠壓鎖定功能,當輸入電壓低于3．3V時APl510停止工作;當輸入電壓高于3.5V時,它自動恢復工作。

振蕩電路產生300 kHz的振蕩波形,當發(fā)生過流保護或短路保護時,工作頻率將從300 kHz減小到30kHz。

輸出電壓的取樣信號進入誤差放大器的反相輸入端,經(jīng)比較后進入PWM控制器,輸出占空比變化的方波去驅動內部的P溝M0S管：APl510調節(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正常工作。

過熱關斷電路使芯片結溫達到125℃時關斷,保護芯片不會因為過熱而損壞。其恢復溫度為100℃,25℃的溫度回差確保芯片過熱保護時不會振蕩。

APl510內部具有P溝MOS管的限流功能,其計算方法為

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

APl510的輸入電壓范圍為3．6～23V,由于內置了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穩(wěn)壓電源。由于采用固定頻率工作方式,因而內部補償電路簡單,輸出紋波低,瞬態(tài)響應好,電源的效率也很高。

2 應用電路

圖2所示的電路是一個由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為輸出電壓設定電阻,輸出電壓VOUT與RA、RB阻值的關系如式(1)所列。

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

式中：RMOS為MOS管導通電阻,VIN=12V時,RMOS典型值100mΩ。

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

圖3中成為補償電阻,輸入電壓越高反饋越強,它起到電壓補償作用;Q1、Q2用于“開機／待機”控制,同時起到待機時切斷補償?shù)淖饔?。實際應用過程中可以根據(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(如6～12V)效果顯著,輸入電壓較高(如12—20V)則可省略。

3 試驗結果

按圖2所示電路,設計并調試了一個5 V輸出的穩(wěn)壓器,測試結果如下。

1)電壓調整率如表l所列。

2）負載調整率如表2所列。

3）輸出電流與效率的關系如圖4所示。

4）輸出紋波如圖5所示。

5)輸入電壓與占空比的關系如圖6所示。

測試條件,負載電阻：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％,開關管處于直通狀態(tài)。

由于APl510的占空比可達100%,在VIN=5．5V時VOET=4 85V,VIN=6V時VOUT=4．89 V,這對一般的PWM控制器來說是很難做到的。雖然APl510有很多優(yōu)點,但它的電壓調整率典型值為1％。從電壓調整數(shù)據(jù)看來,特別是在輸入電壓較低的情況下APl510電壓調整率不是太高。

4 結語

降壓型PWM控制器APl510集成度高,內部P溝MOS管導通電阻小,占空比能達到100％,由它組成的降壓型穩(wěn)壓器,電路簡單、效率高,因而在電子產品的電源中有著廣泛的應用。