LM系列开关电源集成电路

LM1572是一个频率为500kHz降压型开关脉宽调制稳压电路,可驱动1.5A的负载,占用较小的PCB空间,有极好的电流响应特性和较宽的工作电压范围,是美国国半公司采用先进的模拟双极形CMOS与DMOS处理工艺制造,能够较高的开关频率下提供较高的效率。内置150mΩ场效应功率管可在较小的封装中提供较大的功率。

    LM1572具有可编程软启动和防浪涌冲击电流的频率反馈电路,可按次序实现与TTL兼容的切断功能。待机状态具有2.3mA的上拉电流,切断状态耗电仅为26uA。LM1572的TSSOP-16封装形式可实现输出可调或固定输出为5.0V和3.3V。而可调形式则能实现2.42V至5.0V连续可调。其主要特性如下:

     主要特征

     500kHz的开关时钟和小型封装形式。
     内置150Ω场效应功率管MOSFET。
     能驱动1.5A的电流负载。
     电流控制模式。
     可编程软启动功能。
     内置斜率补偿功能。
     兼容TTL电路。
     固定5V和3.3V或可调输出。
     关闭状态耗电仅为26uA。
     逐周电流抑制功能。
     短路和超温保护电路。
     TSSOP-16封装形式。
 
线性稳压电源效率低,所以通常不适合于大电流或输入、输出电压相差大的情况。开关电源的效率相对较高,而且效率不随输入电压的升高而降低,电源通常不需要大散热器,体积较小,因此在很多应用场合成为必然之选。开关电源按转换方式可分为斩波型、变换器型和电荷泵式,按开关方式可分为软开关和硬开关。

斩波型开关电源
   斩波型开关电源按其拓扑结构通常可以分为3种:降压型(Buck)、升压型(Boost)、升降压型(Buck-boost)。降压型开关电源电路通常如图1所示。
图1中,T为开关管,L1为储能电感,C1为滤波电容,D1为续流二极管。当开关管导通时,电感被充磁,电感中的电流线性增加,电能转换为磁能存储在电感中。设电感的初始电流为iL0,则流过电感的电流与时间t的关系为:
   iLt= iL1+(Vi-Vo-Vs)t/L,Vs为T的导通电压。
   当T关断时,L1通过D1续流,从而电感的电流线性减小,设电感的初始电流为iL1,则则流过电感的电流与时间t的关系:
   iLt=iL1-(Vo+Vf)t/L,Vf为D1的正向饱和电压。

图1 降压型开关电源基本电路

34063的特殊应用
● 扩展输出电流的应用
    DC/DC转换器34063开关管允许的峰值电流为1.5A,超过这个值可能会造成34063永久损坏。由于通过开关管的电流为梯形波,所以输出的平均电流和峰值电流间存在一个差值。如果使用较大的电感,这个差值就会比较小,这样输出的平均电流就可以做得比较大。例如,输入电压为9V,输出电压为3.3V,采用220μH的电感,输出平均电流达到900mA,峰值电流为1200mA。

   单纯依赖34063内部的开关管实现比900mA更高的输出电流不是不可以做到,但可靠性会受影响。要想达到更大的输出电流,必须借助外加开关管。图2和图3是外接开关管降压电路和升压电路。

图2 升压型达林顿及非达林顿接法

图3  降压型达林顿及非达林顿接法

   采用非达林顿接法,外接三极管可以达到饱和,当达到深度饱和时,由于基区存储了相当的电荷,所以三极管关断的延时就比较长,这就延长了开关导通时间,影响开关频率。达林顿接法虽然不会饱和,但开关导通时压降较大,所以效率也会降低。可以采用抗饱和驱动技术,图4所示,此驱动电路可以将Q1的Vce保持在  0.7V以上,使其导通在弱饱和状态。

图4  抗饱和驱动电路

  利用一片34063就可以产生三路电压输出,如图5所示。
 
  图5  输出3路电压的34063电路

   +VO的输出电压峰值可达2倍V_IN,-VO的输出电压可达-V_IN。需要注意的是,3路的峰值电路不能超过1.5A,同时两路附加电源的输出功率和必须小于V_IN·I·(1-D),其中I为主输出的电流,D为占空比。在此两路输出电流不大的情况下,此电路可以很好地降低实现升压和负压电源的成本。

● 具有关断功能的34063电路
   34063本身不具有关断功能,但可以利用它的过流饱和功能,增加几个器件就可以实现关断功能,同时还可以实现延时启动。
图6是具有关断功能的34063电路,R4取510Ω,R6取3.9kΩ。当控制端加一个高电平,则34063的输出就变成0V,同时不影响它的过流保护功能的正常工作。
将此电路稍加改动,就可以得到具有延时启动功能的34063电路,如图7所示。
取C11为1μF,R10为510Ω,就可以达到200~500ms的启动延时(延时时间和输入电压有关)。这个电路的缺点就是当峰值电流过流时无法起到保护作用,只能对平均电流过流起保护作用。

● 恒流恒压充电电路
    恒压恒流充电电路如图8所示,可用于给蓄电池进行充电,先以500mA电流恒流充电,充到13.8V后变为恒压充电,充电电流逐渐减小。

34063的局限性
    由34063构成的开关电源虽然价格便宜、应用广泛,但它的局限性也是显而易见的。主要有以下几点:
(1)效率偏低。对于降压应用,效率一般只有70%左右,输出电压低时效率更低。这就使它不能用在某些对功耗要求严格的场合,比如USB提供电源的应用。
(2)占空比范围偏小,约在15%~80%,这就限制了它的动态范围,某些输入电压变化较大的应用场合则不适用。
(3)由于采用开环误差放大,所以占空比不能锁定,这给电路参数的选择带来麻烦,电感量和电容量不得不数倍于理论计算值,才能达到预期的效果。虽然34063有许多缺点,但对产品利润空间十分有限的制造商来说,它还是设计开关电源的很好选择。

图6  具有关断功能的34063电路

图7  具有延时启动功能的34063电路

图8  恒压恒流充电电路

 


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