降壓型開關穩壓器APl510及其應用

摘要：介紹了降壓型PWM控制器APl5lO的工作原理，并給出了一個典型應用電路。測試結果驗證了它的實用性。

關鍵詞：降壓；PWM；APl5lO；DC／DC變換器

O 引言

    隨著信息技術與集成電路的高速發展，電子產品逐漸向智能化、小型化、低功耗方面發展，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的作用。實際應用過程中可以根據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，占空比寬度已經為100％，開關管處于直通狀態。

    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有很多優點，但它的電壓調整率典型值為1％。從電壓調整數據看來，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。