摘要:介绍了降压型PWM控制器AP1510的工作原理,并给出了一个典型应用电路。测试结果验证了它的实用性。
关键词:降压;PWM;AP1510;DC/DC变换器
引言
随着信息技术与集成电路的高速发展,电子产品逐渐向智能化、小型化、低功耗方面发展,同时电源必须做到小体积、高效率、低功耗,以适应电子产品的高速发展。因此,高度集成的PWM控制器在电子产品中得到了广泛应用。
易亨(Anachip)电子公司推出的降压型PWM控制器AP1510可以广泛应用于电子产品的电源中。由于AP1510芯片内包含基准电压源、振荡电路、误差放大器、内部PMOS开关管等电路,所以只须外加电感、电容、二极管等少量元器件,便可组成小体积、高效率的降压型开关稳压电源。
1 AP1510的工作原理
AP1510的原理框图如图1所示。
图1 AP1510的原理框图
1.1 引脚功能及描述
脚1 (FB)反馈端,误差放大器的反相输入,通过分压电阻连接电源输出端。
脚2 (EN)使能端,工作或待机控制,高电平:正常运行,低电平:待机运行。
脚3 (OCSET)输出电流设定端,通过外部电阻设定最大输出电流。
脚4 (Vcc IC)电源输入正端。
脚5、6 (Output)开关输出端,P沟MOS场效应管漏极,连接外部续流二极管和电感。
脚7、8 (Vss IC)电源输入负端。
1.2 工作原理
由图1可知,AP1510由基准电压源、振荡电路、误差放大器、PWM控制器、过热关断控制电路以及P沟MOS场效应管等部件组成。
基准电压源为芯片内部电路提供稳定的供电电压,并为误差放大器的同相输入端提供0.8V的电压基准。它具有软启动功能,可以防止电源启动时的冲击,它还具有欠压锁定功能,当输入电压低于3.3V时AP1510停止工作;当输入电压高于35V时,它自动恢复工作。
振荡电路产生300kHz的振荡波形,当发生过流保护或短路保护时,工作频率将从300kHz减小到30kHz。
输出电压的取样信号进入误差放大器的反相输入端,经比较后进入PWM控制器,输出占空比变化的方波去驱动内部的P沟MOS管。AP1510调节脉冲的占空比可以从0%~100%,这使得AP1510可以在很宽的输入电压范围内正常工作。
过热关断电路使芯片结温达到125℃时关断,保护芯片不会因为过热而损坏。其恢复温度为100℃,25℃的温度回差确保芯片过热保护时不会振荡。
AP1510内部具有P沟MOS管的限流功能,其计算方法为
ILOAD×RDS(ON)=IOCSET×ROCSET
式中:ILOAD为内部P沟MOS管设定的工作电流,AP1510中MOS管的最大工作电流为3A;
RDS(ON)为AP1510中MOS管的导通电阻,其值为100mΩ;
IOCSET为AP1510中内部恒流源的工作电流,其值为100μA;
ROCSET为脚OCSER对地的外接电阻。
AP1510的输入电压范围为3.6~23V,由于内置了P沟MOS管,所以只需外加电感、电容、二极管等,便可组成降压型开关稳压电源。由于采用固定频率工作方式,因而内部补偿电路简单,输出纹波低,瞬态响应好,电源的效率也很高。
2 应用电路
图2所示的电路是一个由AP1510组成的典型降压型DC/DC变换器,其输入电压为12V,输出电压为5V。
图2 AP1510的应用电路之一
图2电路中RA、RB为输出电压设定电阻,输出电压VOUT与RA、RB阻值的关系如式(1)所列。
VOUT=VFB×(1+RA/RB)=0.8V×(1+6.8/1.3)=5V(1)
ROCSET为MOS管最大电流设定电阻,MOS管最大电流IMOS与ROCSET的关系如式(2)所列。
IMOS=100μA×ROCSET/RMOS=3A(2)
式中:RMOS为MOS管导通电阻,VIN=12V时,RMOS典型值100mΩ。
对于电压调整率要求较高的场合,图2所示的电路就可能达不到要求了,而图3所示的电路不仅有电压调整率补偿功能,而且具有待机功能。它能直接受到CPU或者其它数字电路的电平控制,即可进行“工作/待机”模式切换,不需要另加接口电路。
图3中R2为补偿电阻,输入电压越高反馈越强,它起到电压补偿作用;Q1、Q2用于“开机/待机”控制,同时起到待机时切断补偿的作用。实际应用过程中可以根据输入电压范围不同决定R2的大小,特别是输入电压较低时(如6~12V)效果显著,输入电压较高(如12~20V)则可省略。
图3 AP1510的应用电路之二
3 试验结果
按图2所示电路,设计并调试了一个5V输出的稳压器,测试结果如下。
1)电压调整率如表1所列。
表1 电压调整率(测试条件RL=5Ω)
输入电压/V | 输出电压/V |
---|---|
5.0 | 4.71 |
5.5 | 4.85 |
6 | 4.89 |
7 | 4.89 |
8 | 4.92 |
9 | 4.93 |
10 11 12 13 14 15 16 17 | 4.93 4.94 4.95 4.96 4.98 4.98 4.98 4.99 |
2)负载调整率如表2所列。
表2 负载调整率(测试条件Vin=12V)
输出电流/A | 输出电压/V |
---|---|
0.25 | 5.028 |
0.5 | 5.028 |
1.0 | 5.026 |
1.5 | 5.024 |
2.0 | 5.022 |
2.5 | 5.019 |
3.0 | 5.017 |
3)输出电流与效率的关系如图4所示。
图4 输出电流与效率的关系
4)输出纹波如图5所示。
(a)轻载时 (b)满载时
图5 输出纹波
5)输入电压与占空比的关系如图6所示。
测试条件,负载电阻:5Ω。CH1为Output脚输出电压波形,CH2为输入电压波形,量程均为2.00V/div。图6(a)中输入电压为5.50V,工作频率300kHz,占空比约90%。图6(b)中输入电压为5.20V,工作频率已经降低到50kHz,占空比进一步增大,占空比约95%。图6(c)中输入电压为5.15V,占空比宽度已经为100%,开关管处于直通状态。
(a)输入电压5.5V,工作频率300kHz,占空比90%
(b)输入电压5.2V,工作频率50kHz,占空比95%
(c)输入电压5.15V,占空比已经为100%
图6 输入电压与占空比的关系
由于AP1510的占空比可达100%,在VIN=5.5V时VOUT=4.85V,VIN=6V时VOUT=4.89V,这对一般的PWM控制器来说是很难做到的。虽然AP1510有很多优点,但它的电压调整率典型值为1%。从电压调整数据看来,特别是在输入电压较低的情况下AP1510电压调整率不是太高。
4 结语
降压型PWM控制器AP1510集成度高,内部P沟MOS管导通电阻小,占空比能达到100%,由它组成的降压型稳压器,电路简单、效率高,因而在电子产品的电源中有着广泛的应用。