L5973AD是ST公司推出的一種帶2A開關電流限制的步降單片開關穩壓器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之間進行設置.由于該開關穩壓器具有寬范圍的電壓輸入和輸出特點,因此可廣泛應用于網絡、工業控制、消費電子產品以及與計算機有關的應用領域之中.
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芯片的內部結構組成框圖.L5973AD的內部電源電路由啟動電路、預調節器、帶隙電壓參考和偏置電路組成.
L5973AD中的電壓監視器可連續感測VCC和VREF,只要電壓高于它們的門限電平,穩壓器就會開始工作.
L5973AD的振蕩器電路由頻率移位器、時鐘發生器、斜坡產生器和同步器組成.其中時鐘產生器可為器件產生500kHz的開關頻率,頻率移位器則可在過電流或短路情況下,用于降低開關頻率.時鐘信號可應用在內部邏輯電路中,同時也是斜坡產生器和同步器的輸入信號.斜坡產生器電路可為PWM控制和內部電壓前饋提供鋸齒波信號.
L5973AD有一個同步腳,可以以主/從模式工作.當作為主機時,可將外部器件同步到內部開關頻率上;而在作從器件時,則可將自己同步到外部信號上.如果將兩個器件連接在一起,其開關頻率較低的一個應作為從機,另一個則作為主機.
L5973AD中的電流限制保護電路具有脈沖接脈沖和頻率折回兩種電流限制保護方式.
由于最小接通時間不足以在500kHz下產生足夠的占空比,因此,在較大的過電流或短路條件下,輸出電流會再次增加.這樣,為保持電感電流在它的門限電平之下,開關頻率也必須降低.隨著反饋電壓因占空比的減小而減小,頻率移位器也會使開關頻率降低.
L5973AD芯片中的誤差放大器是環路調節的核心.其同相輸入端與內部的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通常連接外部補償網絡,它將輸出與振蕩器鋸齒波相比較,以執行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,以便為驅動級產生PWM控制信號.
L5973AD的內部驅動電路可在功率開關接通和斷開時,根據PDMOS開關及柵極箝位狀態的電流變化,來加速功率開關導通和截止的速度,同時妥善處理續流二極管的反向恢復時間.為防止內部開關柵極高于最大允許值,L5973AD內部還設置有柵極電壓箝位電路.開/關(ON/OFF)控制單元用于避免在電源總線(Vcc)與地之間出現的跨越導通(即直通).
此外,L5973AD除具有電流限制保護作用之外,還具有過熱關斷、反饋斷路保護和輸出過電壓保護等功能.
2 典型應用
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L5973AD的腳FB外部的電阻分壓器進行調節.由于腳FB內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上的補償網絡的元件選擇參數如下:
C3=220pF、C4=22nF、R3=4.7kΩ
D1應選2A/25V的二極管(STPS 2L25V),L1可選15μH/3A的電感器(DO3316P-153)
由于L5973AD內使用的是P溝道DMOS功率開關,因而可省去自舉電容器.該電路在無載條件下,其突發模式下的操作效率高于90%.
2.2 降壓-升壓穩壓器
圖4給出的是一種降壓-升壓穩壓器電路.該電路的輸入電壓VIN為5V,而其輸出電壓為12V,電流輸出可達到0.6A.
2.3 雙輸出穩壓器
用L5973AD設計的雙輸出穩壓器電路如圖5所示.該穩壓器的輸入電壓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,電感元件初級電感值LP選為22μH,初、次級匝數比(N1/N2)為2.