L5973AD是ST公司推出的一種帶2A開(kāi)關(guān)電流限制的步降單片開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器IC.這種新型器件的輸入電壓范圍為4.4～36V,輸出電壓可以在1.235V到35V之間進(jìn)行設(shè)置.由于該開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器具有寬范圍的電壓輸入和輸出特點(diǎn),因此可廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)控制、消費(fèi)電子產(chǎn)品以及與計(jì)算機(jī)有關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域之中.
1 L5973AD的功能原理
L5973AD采用SO8封裝形式,其引腳排列如圖1所示.圖2所示是L5973AD芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成框圖.L5973AD的內(nèi)部電源電路由啟動(dòng)電路、預(yù)調(diào)節(jié)器、帶隙電壓參考和偏置電路組成.
L5973AD中的電壓監(jiān)視器可連續(xù)感測(cè)VCC和VREF,只要電壓高于它們的門限電平,穩(wěn)壓器就會(huì)開(kāi)始工作.
L5973AD的振蕩器電路由頻率移位器、時(shí)鐘發(fā)生器、斜坡產(chǎn)生器和同步器組成.其中時(shí)鐘產(chǎn)生器可為器件產(chǎn)生500kHz的開(kāi)關(guān)頻率,頻率移位器則可在過(guò)電流或短路情況下,用于降低開(kāi)關(guān)頻率.時(shí)鐘信號(hào)可應(yīng)用在內(nèi)部邏輯電路中,同時(shí)也是斜坡產(chǎn)生器和同步器的輸入信號(hào).斜坡產(chǎn)生器電路可為PWM控制和內(nèi)部電壓前饋提供鋸齒波信號(hào).
L5973AD有一個(gè)同步腳,可以以主/從模式工作.當(dāng)作為主機(jī)時(shí),可將外部器件同步到內(nèi)部開(kāi)關(guān)頻率上;而在作從器件時(shí),則可將自己同步到外部信號(hào)上.如果將兩個(gè)器件連接在一起,其開(kāi)關(guān)頻率較低的一個(gè)應(yīng)作為從機(jī),另一個(gè)則作為主機(jī).
L5973AD中的電流限制保護(hù)電路具有脈沖接脈沖和頻率折回兩種電流限制保護(hù)方式.
由于最小接通時(shí)間不足以在500kHz下產(chǎn)生足夠的占空比,因此,在較大的過(guò)電流或短路條件下,輸出電流會(huì)再次增加.這樣,為保持電感電流在它的門限電平之下,開(kāi)關(guān)頻率也必須降低.隨著反饋電壓因占空比的減小而減小,頻率移位器也會(huì)使開(kāi)關(guān)頻率降低.
L5973AD芯片中的誤差放大器是環(huán)路調(diào)節(jié)的核心.其同相輸入端與內(nèi)部的1.235V電壓參考相連,而反相輸入端FB則連接到外部電阻分壓器,實(shí)際上,也可以直接連接到輸出電壓上.誤差放大器輸出腳COMP通常連接外部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),它將輸出與振蕩器鋸齒波相比較,以執(zhí)行PWM控制.
PWM比較器的作用是比較振蕩器鋸齒波和誤差放大器的輸出信號(hào),以便為驅(qū)動(dòng)級(jí)產(chǎn)生PWM控制信號(hào).
L5973AD的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路可在功率開(kāi)關(guān)接通和斷開(kāi)時(shí),根據(jù)PDMOS開(kāi)關(guān)及柵極箝位狀態(tài)的電流變化,來(lái)加速功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通和截止的速度,同時(shí)妥善處理續(xù)流二極管的反向恢復(fù)時(shí)間.為防止內(nèi)部開(kāi)關(guān)柵極高于最大允許值,L5973AD內(nèi)部還設(shè)置有柵極電壓箝位電路.開(kāi)/關(guān)(ON/OFF)控制單元用于避免在電源總線(Vcc)與地之間出現(xiàn)的跨越導(dǎo)通(即直通).
此外,L5973AD除具有電流限制保護(hù)作用之外,還具有過(guò)熱關(guān)斷、反饋斷路保護(hù)和輸出過(guò)電壓保護(hù)等功能.
2 典型應(yīng)用
2.1 3.3V輸出降壓隱壓器
圖3是由L5973AD組成的典型降壓穩(wěn)壓器電路.該電路的輸入電壓VIN為4.4～25V,輸出電壓VOUT可在1.235V與VCC之間通過(guò)L5973AD的腳FB外部的電阻分壓器進(jìn)行調(diào)節(jié).由于腳FB內(nèi)部誤差放大器的電壓參考為1.235V,所以,其輸出電壓為:
VOUT=1.235V(R1+R2)/R2
由于IC內(nèi)誤差放大器的低頻增益為65dB,輸出電壓擺幅為0.4～3.65V,因此輸出端COMP上的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的元件選擇參數(shù)如下:
C3=220pF、C4=22nF、R3=4.7kΩ
D1應(yīng)選2A/25V的二極管(STPS 2L25V),L1可選15μH/3A的電感器(DO3316P-153)
由于L5973AD內(nèi)使用的是P溝道DMOS功率開(kāi)關(guān),因而可省去自舉電容器.該電路在無(wú)載條件下,其突發(fā)模式下的操作效率高于90%.
2.2 降壓-升壓穩(wěn)壓器
圖4給出的是一種降壓-升壓穩(wěn)壓器電路.該電路的輸入電壓VIN為5V,而其輸出電壓為12V,電流輸出可達(dá)到0.6A.
2.3 雙輸出穩(wěn)壓器
用L5973AD設(shè)計(jì)的雙輸出穩(wěn)壓器電路如圖5所示.該穩(wěn)壓器的輸入電壓VIN為5V,主輸出為3.3V/0.5A,輔助輸出為5V/50mA.L5973AD的FB腳直接連接到3.3V的輸出線上,電感元件初級(jí)電感值LP選為22μH,初、次級(jí)匝數(shù)比(N1/N2)為2.