多用途步降开关稳压器L5973AD及其应用

摘要：L5973AD是ST公司推出的一种带2A开关电流限制的步降单片开关稳压器IC。文中介绍了多用途步降开关稳压器L5973AD的内部结构、主要特点和工作原理，同时给出了L5973AD在不同工作方式下的典型应用电路。 关键词：步降开关稳压器；多用途芯片；L5973AD Ｌ５９７３ＡＤ是ＳＴ公司推出的一种带２Ａ开关电流限制的步降单片开关稳压器ＩＣ。这种新型器件的输入电压范围为４．４～３６Ｖ， 输出电压可以在１．２３５Ｖ到３５Ｖ之间进行设置。由于该开关稳压器具有宽范围的电压输入和输出特点，因此可广泛应用于网络、工业控制、消费电子产品以及与计算机有关的应用领域之中。 １　Ｌ５９７３ＡＤ的功能原理 Ｌ５９７３ＡＤ采用ＳＯ８封装形式，其引脚排列如图１所示。图２所示是Ｌ５９７３ＡＤ芯片的内部结构组成框图。Ｌ５９７３ＡＤ的内部电源电路由启动电路、预调节器、带隙电压参考和偏置电路组成。 Ｌ５９７３ＡＤ中的电压监视器可连续感测ＶＣＣ和ＶＲＥＦ，只要电压高于它们的门限电平，稳压器就会开始工作。 Ｌ５９７３ＡＤ的振荡器电路由频率移位器、时钟发生器、斜坡产生器和同步器组成。其中时钟产生器可为器件产生５００ｋＨｚ的开关频率，频率移位器则可在过电流或短路情况下，用于降低开关频率。时钟信号可应用在内部逻辑电路中，同时也是斜坡产生器和同步器的输入信号。斜坡产生器电路可为ＰＷＭ控制和内部电压前馈提供锯齿波信号。 Ｌ５９７３ＡＤ有一个同步脚，可以以主／从模式工作。当作为主机时，可将外部器件同步到内部开关频率上；而在作从器件时，则可将自己同步到外部信号上。如果将两个器件连接在一起，其开关频率较低的一个应作为从机，另一个则作为主机。 图2 Ｌ５９７３ＡＤ中的电流限制保护电路具有脉冲接脉冲和频率折回两种电流限制保护方式。 由于最小接通时间不足以在５００ｋＨｚ下产生足够的占空比，因此，在较大的过电流或短路条件下，输出电流会再次增加。这样，为保持电感电流在它的门限电平之下，开关频率也必须降低。随着反馈电压因占空比的减小而减小，频率移位器也会使开关频率降低。 Ｌ５９７３ＡＤ芯片中的误差放大器是环路调节的核心。其同相输入端与内部的１．２３５Ｖ电压参考相连，而反相输入端ＦＢ则连接到外部电阻分压器，实际上，也可以直接连接到输出电压上。误差放大器输出脚ＣＯＭＰ通常连接外部补偿网络，它将输出与振荡器锯齿波相比较，以执行ＰＷＭ控制。 ＰＷＭ比较器的作用是比较振荡器锯齿波和误差放大器的输出信号，以便为驱动级产生ＰＷＭ控制信号。 Ｌ５９７３ＡＤ的内部驱动电路可在功率开关接通和断开时，根据ＰＤＭＯＳ开关及栅极箝位状态的电流变化，来加速功率开关导通和截止的速度，同时妥善处理续流二极管的反向恢复时间。为防止内部开关栅极高于最大允许值，Ｌ５９７３ＡＤ内部还设置有栅极电压箝位电路。开／关（ＯＮ／ＯＦＦ）控制单元用于避免在电源总线（Ｖｃｃ）与地之间出现的跨越导通（即直通）。 此外，Ｌ５９７３ＡＤ除具有电流限制保护作用之外，还具有过热关断、反馈断路保护和输出过电压保护等功能。 ２　典型应用 ２．１ ３．３Ｖ输出降压隐压器 图３是由Ｌ５９７３ＡＤ组成的典型降压稳压器电路。该电路的输入电压ＶＩＮ为４．４～２５Ｖ，输出电压ＶＯＵＴ可在１．２３５Ｖ与ＶＣＣ之间通过Ｌ５９７３ＡＤ的脚ＦＢ外部的电阻分压器进行调节。由于脚ＦＢ内部误差放大器的电压参考为１．２３５Ｖ，所以，其输出电压为： ＶＯＵＴ＝１．２３５Ｖ（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２ 图4 由于ＩＣ内误差放大器的低频增益为６５ｄＢ，输出电压摆幅为０．４～３．６５Ｖ，因此输出端ＣＯＭＰ上的补偿网络的元件选择参数如下： Ｃ３＝２２０ｐＦ、Ｃ４＝２２ｎＦ、Ｒ３＝４．７ｋΩ Ｄ１应选２Ａ／２５Ｖ的二极管（ＳＴＰＳ ２Ｌ２５Ｖ），Ｌ１可选１５μＨ／３Ａ的电感器（ＤＯ３３１６Ｐ－１５３） 由于Ｌ５９７３ＡＤ内使用的是Ｐ沟道ＤＭＯＳ功率开关，因而可省去自举电容器。该电路在无载条件下，其突发模式下的操作效率高于９０％。 ２．２ 降压－升压稳压器 图４给出的是一种降压－升压稳压器电路。该电路的输入电压ＶＩＮ为５Ｖ，而其输出电压为１２Ｖ，电流输出可达到０．６Ａ。 ２．３ 双输出稳压器 用Ｌ５９７３ＡＤ设计的双输出稳压器电路如图５所示。该稳压器的输入电压ＶＩＮ为５Ｖ，主输出为３．３Ｖ／０．５Ａ，辅助输出为５Ｖ／５０ｍＡ。Ｌ５９７３ＡＤ的ＦＢ脚直接连接到３．３Ｖ的输出线上，电感元件初级电感值ＬＰ选为２２μＨ，初、次级匝数比（Ｎ１／Ｎ２）为２。