LM系列開關(guān)電源集成電路
LM1572是一個(gè)頻率為500kHz降壓型開關(guān)脈寬調(diào)制穩(wěn)壓電路，可驅(qū)動(dòng)1.5A的負(fù)載，占用較小的PCB空間，有極好的電流響應(yīng)特性和較寬的工作電壓范圍，是美國(guó)國(guó)半公司采用先進(jìn)的模擬雙極形CMOS與DMOS處理工藝制造，能夠較高的開關(guān)頻率下提供較高的效率。內(nèi)置150mΩ場(chǎng)效應(yīng)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(dòng)和防浪涌沖擊電流的頻率反饋電路，可按次序?qū)崿F(xiàn)與TTL兼容的切斷功能。待機(jī)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(shí)現(xiàn)輸出可調(diào)或固定輸出為5.0V和3.3V。而可調(diào)形式則能實(shí)現(xiàn)2.42V至5.0V連續(xù)可調(diào)。其主要特性如下：
主要特征
500kHz的開關(guān)時(shí)鐘和小型封裝形式。
內(nèi)置150Ω場(chǎng)效應(yīng)功率管MOSFET。
能驅(qū)動(dòng)1.5A的電流負(fù)載。
電流控制模式。
可編程軟啟動(dòng)功能。
內(nèi)置斜率補(bǔ)償功能。
兼容TTL電路。
固定5V和3.3V或可調(diào)輸出。
關(guān)閉狀態(tài)耗電僅為26uA。
逐周電流抑制功能。
短路和超溫保護(hù)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(guān)電源的效率相對(duì)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(yīng)用場(chǎng)合成為必然之選。開關(guān)電源按轉(zhuǎn)換方式可分為斬波型、變換器型和電荷泵式，按開關(guān)方式可分為軟開關(guān)和硬開關(guān)。
斬波型開關(guān)電源
斬波型開關(guān)電源按其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常可以分為3種：降壓型(Buck)、升壓型(Boost)、升降壓型(Buck-boost)。降壓型開關(guān)電源電路通常如圖1所示。
圖1中，T為開關(guān)管，L1為儲(chǔ)能電感，C1為濾波電容，D1為續(xù)流二極管。當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電感被充磁，電感中的電流線性增加，電能轉(zhuǎn)換為磁能存儲(chǔ)在電感中。設(shè)電感的初始電流為iL0，則流過電感的電流與時(shí)間t的關(guān)系為：
iLt= iL1+(Vi-Vo-Vs)t/L，Vs為T的導(dǎo)通電壓。
當(dāng)T關(guān)斷時(shí)，L1通過D1續(xù)流，從而電感的電流線性減小，設(shè)電感的初始電流為iL1，則則流過電感的電流與時(shí)間t的關(guān)系：
iLt=iL1-(Vo+Vf)t/L，Vf為D1的正向飽和電壓。
圖1 降壓型開關(guān)電源基本電路
34063的特殊應(yīng)用
● 擴(kuò)展輸出電流的應(yīng)用
DC/DC轉(zhuǎn)換器34063開關(guān)管允許的峰值電流為1.5A，超過這個(gè)值可能會(huì)造成34063永久損壞。由于通過開關(guān)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(gè)差值。如果使用較大的電感，這個(gè)差值就會(huì)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(dá)到900mA，峰值電流為1200mA。
單純依賴34063內(nèi)部的開關(guān)管實(shí)現(xiàn)比900mA更高的輸出電流不是不可以做到，但可靠性會(huì)受影響。要想達(dá)到更大的輸出電流，必須借助外加開關(guān)管。圖2和圖3是外接開關(guān)管降壓電路和升壓電路。
圖2 升壓型達(dá)林頓及非達(dá)林頓接法
圖3 降壓型達(dá)林頓及非達(dá)林頓接法
采用非達(dá)林頓接法，外接三極管可以達(dá)到飽和，當(dāng)達(dá)到深度飽和時(shí)，由于基區(qū)存儲(chǔ)了相當(dāng)?shù)碾姾桑匀龢O管關(guān)斷的延時(shí)就比較長(zhǎng)，這就延長(zhǎng)了開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，影響開關(guān)頻率。達(dá)林頓接法雖然不會(huì)飽和，但開關(guān)導(dǎo)通時(shí)壓降較大，所以效率也會(huì)降低。可以采用抗飽和驅(qū)動(dòng)技術(shù)，圖4所示，此驅(qū)動(dòng)電路可以將Q1的Vce保持在 0.7V以上，使其導(dǎo)通在弱飽和狀態(tài)。
圖4 抗飽和驅(qū)動(dòng)電路
利用一片34063就可以產(chǎn)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(dá)2倍V_IN，-VO的輸出電壓可達(dá)-V_IN。需要注意的是，3路的峰值電路不能超過1.5A，同時(shí)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(shí)現(xiàn)升壓和負(fù)壓電源的成本。
● 具有關(guān)斷功能的34063電路
34063本身不具有關(guān)斷功能，但可以利用它的過流飽和功能，增加幾個(gè)器件就可以實(shí)現(xiàn)關(guān)斷功能，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)啟動(dòng)。
圖6是具有關(guān)斷功能的34063電路，R4取510Ω，R6取3.9kΩ。當(dāng)控制端加一個(gè)高電平，則34063的輸出就變成0V，同時(shí)不影響它的過流保護(hù)功能的正常工作。
將此電路稍加改動(dòng)，就可以得到具有延時(shí)啟動(dòng)功能的34063電路，如圖7所示。
取C11為1μF，R10為510Ω，就可以達(dá)到200～500ms的啟動(dòng)延時(shí)(延時(shí)時(shí)間和輸入電壓有關(guān))。這個(gè)電路的缺點(diǎn)就是當(dāng)峰值電流過流時(shí)無(wú)法起到保護(hù)作用，只能對(duì)平均電流過流起保護(hù)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(jìn)行充電，先以500mA電流恒流充電，充到13.8V后變?yōu)楹銐撼潆姡潆婋娏髦饾u減小。
34063的局限性
由34063構(gòu)成的開關(guān)電源雖然價(jià)格便宜、應(yīng)用廣泛，但它的局限性也是顯而易見的。主要有以下幾點(diǎn)：
(1)效率偏低。對(duì)于降壓應(yīng)用，效率一般只有70%左右，輸出電壓低時(shí)效率更低。這就使它不能用在某些對(duì)功耗要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，比如USB提供電源的應(yīng)用。
(2)占空比范圍偏小，約在15%～80%，這就限制了它的動(dòng)態(tài)范圍，某些輸入電壓變化較大的應(yīng)用場(chǎng)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(lái)麻煩，電感量和電容量不得不數(shù)倍于理論計(jì)算值，才能達(dá)到預(yù)期的效果。雖然34063有許多缺點(diǎn)，但對(duì)產(chǎn)品利潤(rùn)空間十分有限的制造商來(lái)說，它還是設(shè)計(jì)開關(guān)電源的很好選擇。
圖6 具有關(guān)斷功能的34063電路
圖7 具有延時(shí)啟動(dòng)功能的34063電路
圖8 恒壓恒流充電電路
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