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这是一个关于开关电源基础知识PPT课件，关于第4章单片式开关电源，包括了典型单片电源电路，同步整流技术的低电压大电流电源，移动电子设备电源，特殊开关电源等内容，在上述控制过程中，输出电压Ui的表达式为5脚：待机控制端。接共地低电平时，内部脉冲输出被关断，开关电源无输出。该电路中用此功能组成过流保护电路，R5的值为0.22 Ω，是负载电流取样电阻。当负载电流大于3 A时，VT1导通，其集电极输出高电平使VT2导通，5脚变成低电平0.3 V，电路停止工作。在用于纹波要求较高的情况下，可以加入LC滤波电路。由于LM2576ADJ的工作频率较高，效率大于82%，故L的电感量不需很大。除C用大容量电解电容以外，再并联接入一只高频特性好的无极性电容，容量在0.1～0.33 μF之间。图4-2 LM2576ADJ的典型应用电路 3．单片开关电路LM2577ADJ 升压型单片开关电路LM2577ADJ与LM2576ADJ内部电路几乎相同，其最大输出电流为1 A，最高输出电压为60 V，内部开关管为NPN型，UCEO>65 V，ICEO>3 A。LM2577ADJ的输入/输出的应用要求是：在输出电压Uo≤60 V的条件下，同时要求Uo<10Ui，欢迎点击下载开关电源基础知识PPT课件。
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第4章 单片式开关电源 4.1 典型单片电源电路 4.1.1 单片开关电源LM25系列 1．可调五端单片开关电源LM2576ADJ LM2576ADJ为典型的一种单片电源电路，其基本技术参数如下：最大允许输入电压为45 V，额定输出电压范围为4.75～40 V，反馈控制电压为1.23 V，反馈电压变动范围为1.217～1.243 V，最大输出峰值电流为5.8 A，平均负载电流为3 A，开关频率为52 kHz，效率为77%。 LM2576ADJ的内部结构见图4-1。 图4-1 LM2576ADJ的内部结构 2．LM2576ADJ的应用 LM2576ADJ的典型应用电路如图4-2所示。其中LM2576ADJ各脚功能如下： 1脚：直流电压输入端，输入电压最高为45 V。若由低压交流整流供电，为了避免空载时电压超出45 V，交流输入电压应不高于32 V。 2脚：脉冲输出端，最大输出5.8 A的调宽脉冲。在正脉冲持续期，二极管VD截止，脉冲电流向L存储磁场能量，同时向负载提供直通电流，并向C充电。在脉冲截止期，L释放磁场能量，产生右正左负的感应电势使VD导通，继续向C充电，并向负载提供不间断的电流。输出电压值取决于输出脉冲的幅度和占空比。 3脚：输入、输出级共地端。 4脚：脉冲宽度控制端。当4脚电位升高时，输出脉冲宽度减小，使输出电压降低。电路中由RP3 + RP4、R1组成输出电压取样分压器，通过调整RP3(细调)和RP4(粗调)可改变输出电压值。在上述控制过程中，输出电压Ui的表达式为 5脚：待机控制端。接共地低电平时，内部脉冲输出被关断，开关电源无输出。该电路中用此功能组成过流保护电路，R5的值为0.22 Ω，是负载电流取样电阻。当负载电流大于3 A时，VT1导通，其集电极输出高电平使VT2导通， 5脚变成低电平0.3 V，电路停止工作。在用于纹波要求较高的情况下，可以加入LC滤波电路。由于LM2576ADJ的工作频率较高，效率大于82%，故L的电感量不需很大。除C用大容量电解电容以外，再并联接入一只高频特性好的无极性电容，容量在0.1～0.33 μF之间。 图4-2 LM2576ADJ的典型应用电路 3．单片开关电路LM2577ADJ 升压型单片开关电路LM2577ADJ与LM2576ADJ内部电路几乎相同，其最大输出电流为1 A，最高输出电压为60 V，内部开关管为NPN型，UCEO>65 V，ICEO>3 A。LM2577ADJ的输入/输出的应用要求是：在输出电压Uo≤60 V的条件下，同时要求Uo<10Ui。 LM2577ADJ的应用电路如图4-3所示。LM2577ADJ的1脚为误差放大器输出端，外接频率补偿RC电路。因为内部PWM比较器的反相输出端受控于误差放大器的输出，所以此RC电路有软启动功能。开机后，输出电压尚未建立时，取样放大器输出高电平向C1充电，随C1充电过程，1脚电位缓慢升高，脉冲宽度逐渐增大，直到输出端被稳定于额定电压。R、C1分别为4.7 kΩ和0.22 μF。5脚为电压输入端，允许输入电压范围为4～40 V。芯片内部设有输入电压欠压保护电路，以免输入电压过低达不到升压额定电压时脉冲宽度急剧增大引起开关管电流过大而损坏。为了避免此现象发生，欠压保护的阈值随输出电压而改变。因其误差检测放大器输入内部基准与LM2576ADJ相同，2脚为取样输入端，由R1、R2分压对输出电压取样。 图4-3 LM2577ADJ应用电路 4.1.2 单片开关电源L4962 1．L4962构成的可调稳压电源电路 L4962的内部电路集成有5.1 V的基准电压稳压器、锯齿波发生器、PWM比较器、误差放大器和功率开关等。为了提高可靠性，还设有过流限制和芯片过热保护电路。L4962的锯齿波发生器外接并联的定时电路RT、CT，振荡频率可以由下式确定： 图4-4 L4962应用电路 2．W296构成的可调稳压电源电路 W296最大输出电流为4 A，最高输入电压为50 V，脉冲占空比可控范围为0～100%，输出电压可以从5 V调整到40 V，变换效率在90%以上，开关频率最高可达200 kHz，储能电感和滤波电容的体积大为缩小。 图4-5所示为由W296组成的最基本的降压开关电源电路，通过调整取样分压器R3/(R2+R3)可设定输出电压。 图4-5 W296组成的降压开关电源电路 3．W296组成的保护电路 W296具有延迟动作保护功能，可用于输出过流、短路保护电路。图4-6所示为延迟动作保护电路的原理图。该电路增设小阻值取样电阻R2，串联接在输出负载电路中。当负载电流超限时，开关管VT立即导通，其发射极输出高电平经VD3送入12脚，14脚输出延时后，通过VD1输入6脚启动保护电路。为了使短路保护动作更快，13脚外接C1容量约为0.22 μF左右，保持大约10 ms的延时。其目的是防止接通电源瞬间C2的充电峰值电流使电路误动作。 W296系列单片电源也可用于升压变换、外接扩流开关管扩流、极性反转等特殊电源中，应用时需注意内部开关管极限电压、取样输入电压和5 V基准电压的关系，即可方便地设计出适合的电路。 图4-6 延迟动作保护电路 4.1.3 低压它激式单片电源MC78S40 图4-7是MC78S40的内部电路以及由此组成的5 V / 3 A开关稳压器电路。MC78S40内部包括振荡器、输出电压误差比较器、1.25 V基准电压产生器、受控于与门的RS触发器和达林顿驱动输出级等。 MC78S40技术指标如下：最高输入电压为40 V，驱动级开关电流为1.5 A，基准电压输出为1.25 V±0.005 V，内部驱动级开关管饱和压降为1.3 V，最大功耗为1.5 W，过流保护动作电压为350 mV。 图4-7 MC78S40的内部电路及组成的开关稳压器电路 MC78S40的各脚功能如下： 1、2脚：内部备用二极管，其反压为40 V，正向电流为1.5 A。 3脚：驱动输出级三极管的发射极输出端。当外接NPN开关管时，3脚可直接驱动开关管基极。若外接PNP开关管时，3脚接共地，由内部驱动开关管集电极输出驱动脉冲。该电源采用外接PNP管方式，达林顿驱动级的集电极驱动外接开关管VT1基极。当集成电路内部控制系统使RS触发器输出高电平驱动脉冲时，驱动级导通，驱动电流经R6使VT1饱和导通，向存储电感存储磁能。VT1截止时，续流二极管VD1导通，向滤波电容充电，输出5 V / 3 A的直流电。 4、6、7脚：内部备用运放，供保护电路或作为外电路控制。该电源中利用外接调整管VT2组成耗能型12 V输出串联稳压器，内部运放作为取样比较器，其正相输入端(6脚)接入1.25 V基准电压，反相输入端(7脚)由R3、R4对12 V稳压输出分压取样。比较器输出端(4脚)控制调整管VT2的基极稳定12 V输出，12 V负载电流小于0.2 A。 5脚：集成电路供电检测端，最高可输入40 V电压，经内部稳压后，向运放和基准电压源提供工作电压。 8脚：内部基准电压产生电路，输出1.25 V ± 0.005 V高精度基准电压。 9、10脚：内部控制环路的取样比较器，正相输入端(9脚)接入1.25 V基准电压，反相输入端(10脚)经R1、R2对5 V输出电压取样。当5 V输出电压升高时，取样比较器输出低电平，触发器S端关闭输出脉冲，使输出电压下降。比较器输出高电平时，RS触发器使驱动级导通，以调整脉冲占空比的方式稳定输出电压。 11脚：输入/输出电压接地端。 12脚：振荡器外接定时电容端，以设定振荡器的频率。当外接电容为1000 pF时，振荡频率为25 kHz。 13脚：集成电路内部控制系统供电端，最高输入电压40 V。 14脚：振荡器控制端。以控制系统供压为准(13脚)，当该脚电压低于350 mV时，振荡器被关断。该电源中此功能被用于过流保护，开关管VT1的发射极通过0.068 Ω电阻供电。当某种原因使开关管导通时间过长，电阻上压降大于350 mV时，相当于开关管导通电流大于5 A，振荡器停振保护。 15、16脚：两只达林顿驱动管的集电极引出端，可外接NPN型开关管输出驱动脉冲。 4.1.4 低压单片开关电源MC34063 1．MC34063单片开关电源 MC34063单片开关电源内部电路如图4-8所示。MC34063和MC78S40除作为降压开关电源外，两者均可组成升压极性反转和多组输出低电压开关电源。由于MC34063体积较小，且有SMD封装形式，故应用较广。 图4-8 MC34063单片开关电源内部电路 2．MC34063组成的开关电源 图4-9为MC34063组成的降压式开关电源电路，其外围元件少，组合比较合理。降压开关电源主要由储能电感L、续流二极管VD和滤波电容C组成，又称为LDC降压电路。MC34063的开关频率由CT设定，其允许范围为100 Hz～100 kHz；其限流电阻RSC可按动作电压330 mV设置；其内部驱动输出管的最大电流为1.5 A，最高输入电压可达40 V。无负载时，初级电流为8～18 mA。5 V输出电压由取样电路R1、R2设定，取样电压送入5脚内部比较器的反相输入端，正相输入端接入1.25 V内部基准电压。当输出电压降低时，取样电压低于基准电压，比较器输出高电平，将内部与门接通，振荡器的输出通过与门将触发器置位，其输出端Q输出高电平，开关管导通输出1.5 A电流，向储能电感L存储磁能，并向负载提供电流。随后，振荡脉冲的下降沿使触发器复位输出，开关管截止，L释放能量，使VD导通继续向负载提供电流。在开关管导通期间，如果输出电压上升超过5 V，取样电压将随之升高，使比较器输出低电平，关闭与门，振荡器输出被阻断，触发器无输出，开关管被关断。通过上述调整过程，使输出电压保持稳定。 图4-9 MC34063组成的降压式开关电源电路 3．MC34063组成的升压式开关电源 MC34063组成的升压电路如图4-10所示。开关管导通时期，输入电压直接加在L两端，向L存储能量。当开关管截止时，L的自感电势与输入电压串联叠加，经二极管VD向C充电。负载上得到的输出电压除与输入电压成正比外，还与L自感电势的脉冲占空比有关，因此对输出电压取样送入5脚控制开关管VT的导通/截止时间比，即可稳定输出电压。 图4-10 有增流开关管的升压式开关电源电路 4．MC34063组成的极性反转电路 MC34063组成的极性反转电路如图4-11所示。图4-11 极性反转电路 MC34063内部脉冲输出管的发射极经2脚接储能电感L，当内部开关管导通时，输入电压向L存储能量，此时二极管VD是截止的，负载两端无电压。当开关管截止时，L自感电势使VD导通输出负电压，经C滤波，向负载供电。为了稳定输出电压，利用精密运放A将负极性取样电压反相后，再送入5脚。 4.2 同步整流技术的低电压大电流电源 同步整流技术是通过控制功率MOSFET的驱动电路实现整流功能的技术，一般驱动频率固定，在200 kHz以上，驱动可以采取交叉耦合或外加驱动信号配合死区时间控制来实现。由于成本较高，目前仅在技术含量较高的电源模块中得到应用。 图4-12为同步整流原理示意图。 图4-12 同步整流原理示意图 4.2.1 UC3842控制的同步整流电路 图4-13为使用它激式驱动电路UC3842组成的5 V/10 A开关稳压电源电路。其基本技术参数如下：输入电压为8～16 V；输出电压为5 V；最大负载电流为10 A；输出端脉冲纹波峰值小于80 mV；输入电压、负载电流以及环境温度在额定范围内变化时输出电压变动小于2%；环境温度为－10～+70℃；变换器频率为120 kHz；在允许的输入电压范围内，负载电流最大时开关电源的平均效率为95%。 图4-13 基于同步整流技术的电源电路 设驱动脉冲在tn期间，变换器开关管导通，向电感存储磁能。存储能量正比于tn的脉冲宽度。在驱动脉冲tn截止后，经过设定的死区时间tD，脉冲间歇期的低电平输出通过控制电路，使续流二极管上并联的开关管导通。低内阻的MOSFET管D、S极并联接入续流二极管，使电路等效内阻大幅度降低，储能电感能量释放电流增大，向负载放电。死区时间的设定是为了避免两只不同功能开关管形成瞬间共态导通，造成供电电路短路而损坏开关管。 由于MOSFET管无存储效应，可以将死区时间tD设置得短一些，更利于在稳压电路的控制下大范围改变脉宽速度，以实现更大的稳压范围。 UC3842采用脉冲宽度调制方式稳定输出电压，其各脚功能及外围元器件的作用如下： 1脚：内部误差比较器的误差检测输出端，在集成电路内部控制脉宽调制器。外电路接入R2作为负反馈电阻，以稳定增益。C8作为频率特性校正，避免比较器产生自激。 2脚：比较器正相输入端。稳压器输出5 V电压，由R4、R1分压，正常稳压状态为2.5 V取样电压。比较器的反相输入端在集成电路内部，由5 V基准电压分压得到2.5 V基准电压。 3脚：高电平保护输入端，其输入电平保护阈值为1 V。在1 V以下，可以控制输出驱动脉冲的脉宽，达到1 V，则瞬间关断输出脉冲。在图4-13中，由电流互感器T1对开关管VT2导通电流取样，经VD1整流，R5、R6分压后，送入集成电路3脚作为开关管过流保护。电容器C11为高次谐波旁路电容，以避免脉冲尖峰使保护电路误动作。 4脚：内部振荡器的外接定时电路端子，5 V基准电压通过电阻向电容器C10充电。R3、C10设定振荡器的脉冲频率。该振荡器频率设定为120 kHz。 5脚：共地端。 6脚：PWM驱动脉冲输出端，用以驱动P-N沟道对管VT1组成的移相驱动器。 7脚：供电端，接入8～16 V输入电压。 图4-13所示电路的同步整流器由VT1、VT2和VT3组成。开关管VT2为P沟道FET管IRF4905，其漏-源极导通电阻为20 MΩ，关断时间为80 ns。开关管VT3为N沟道FET管IRF3205，其导通电阻为8 MΩ，其漏、源极并联接在续流二极管VD2两端。VD2为反压10 V、最大电流30 A的肖特基二极管，当负载电流最大时，其饱和压降在0.5 V左右。VT3导通后，与VD2并联，将此电压降低到100 mV，大大降低了开关管的损耗。 为了实现VT2、VT3的轮流导通，电路中由双场效应管VT1组成驱动脉冲相位分离电路。VT1内部由P沟道和N沟道FET对管组成。当IC1的6脚输出驱动脉冲为高电平时，VT1内部P沟道FET管截止，N沟道FET管导通，VT2栅极通过R7、VT1的7脚和1脚接入负电压，VT2导通，输入电压通过VT2源-漏极加到L2左端，由电源向L2存储磁能，同时向负载供电。电流呈线性增长。当驱动脉冲达到截止点时，C12充电电压最大。在VT2导通的同时，VT1导通，其7脚和1脚将VT3栅-源极短路，使VT3截止。在L2存储能量期间，VT2也反偏截止。 在驱动脉冲的截止期，IC1的6脚输出低电平，VT1内部P沟道FET管导通，将VT2的栅-源极短路。此时VT1的N沟道FET管截止，使VT2也截止，L2释放磁场能量，VD2正偏导通，VT1的5脚漏极输出高电平经过R7，使VT3导通，其漏-源极低内阻并联在续流二极管VD2两端，使L2的释放电流增大。此部分电路中，利用MOSFET管的快速开关特性对VT2、VT3的导通/截止进行控制，使VT2、VT3开关损耗进一步降低。由于L2在磁-电的存储/释放过程中难免形成开关脉冲纹波，因此电路中滤波电容C12为6只100 μF的电容并联，以有效地降低电解电容的分布电感，使其高次谐波的滤波性能更好。 4.2.2 具有同步整流功能的电路 同步整流电路使大电流开关稳压器效率提高，可将小型化移动电子设备的温升降低，是小型电源的理想电路。 图4-14为MAX796组成的两组输出直流开关变换器。 图4-14 MAX796组成的两组输出直流开关变换器 1．MAX796管脚及电路工作原理 1脚(SS)：软启动控制输出端，外接软启动充电电容。 2脚(SECFB)：辅助输出端，12 V / 250 mA输出的取样由此端输入。 3脚(REF)：内部基准电压稳压电路，外接旁路电容。 4脚：共地端。 5脚：外同步输入端，如不用外同步，可与3脚连接。 6脚( )：芯片关断控制端，高电平ON开通，低电平OFF关断。关断控制电流10 μA。 7脚(FB)：辅助输出反馈电压端，经电容滤波后，与开关管驱动电路的11脚相连接，由二极管、电容形成自举电路，目的是使开关管的栅极驱动电容直流电位与其源极相等，除驱动脉冲之外，开关管栅、源极无直流电位差。 8脚(CSH)、9脚(CSL)：过电流取样电阻的取样电压输入端。8脚为高电位端，9脚为低电位端。同时9脚还为输出电压反馈端，将信号送入集成电路内部取样分压器。 10脚(V+)：输入电压端，接入6.5～28 V正电压，向集成电路内部提供工作电压，同时在外电路向开关管、储能电感供电。 12脚(PGND)：内部驱动电路接地端。 13脚(DL)、16脚(DH)：内部驱动输出端，DH和DL输出时序不同的正相驱动脉冲。 14脚(LX)：DH驱动脉冲的低电位端，其直流电位与开关管源极相等。 15脚(BST)：DH、DL驱动脉冲的中点输出端。 2．UCC39421的升压应用电路 UCC39421的升压应用电路如图4-15所示。图中，L1为储能电感，因为开关频率的提高，L1仅2.2 μH。VT1A为N沟道开关管，集成电路5脚输出开关脉冲驱动VT1A的栅极，VT1A导通，向L1存储磁能。VT1A截止时，L1释放能量产生的感应电压与输入电压串联加到同步整流器P型FET管的漏极，同步整流器在VT1A截止时导通，输出升压后的5 V / 1.2 A供电。 图4-15 UCC39421的升压电路 14脚：PWM反馈控制端。在50% 额定负载以上或重负载情况下，13脚电压降低，关断PFM电路，PWM电路被启动。此时14脚由R1和R2、R3分压对输出电压取样，控制PWM电路，使输出电压稳定。 15脚：比较器的相位补偿电路端。 16脚：输入电压选择端，输入电压在内部与输出电压比较，以设定降压模式或升压模式。 4.3 移动电子设备电源 4.3.1 MAX744A电源 MAX744A为电源管理集成电路系列产品之一，此类升/降压变换器在宽负载电流变化范围内(从10 mA至额定电流)均有超过90%的效率，能有效地延长电池的使用寿命，还能根据负载电流值自动改变工作模式。在负载电流较大时，内部稳压系统为PWM控制方式，以免储能电感的高峰值电流引起分布电阻损耗；在轻负载时，内部稳压系统为PFM控制方式，以减小FET管栅极电荷损失，避免静态电流消耗过大。此外，有控制工作模式的集成电路也可使之固定于PWM控制模式，以避免纹波频率随负载电流变动。 MAX744A为典型的PWM降压变换器，工作频率为159～212.5 kHz，以避开对通信设备第二中频455 kHz的干扰。MAX744A集成电路允许输入电压为6～16 V，输出稳定的5 V电压，负载电流达750 mA，静态电源电流仅为1.7 mA。当SHDN端呈现低电平时，内部电路处于关断状态，关断电流仅需6 μA。 MAX744A内部具有振荡器、触发器、PWM比较器、基准电压产生器、输出驱动器以及P沟道FET开关管。其工作原理与前述降压式开关电源基本相同，主要的区别是： (1) 内设有过电流检测电阻R，对开关管导通电流取样。 (2) 内设有软启动控制电路，外接RC充电电路。接通电源瞬间，电容C两端无电压，软启动控制端输出低电平，该电平接入PWM比较器反相输入端，使开机瞬间PWM比较器输出为零，随着C充电电压上升，PWM电路输出脉宽缓慢增大后，受控于误差放大器的输出。 (3) 内设有供电电压欠压检测电路。当电池电压低于下限允许值时，检测比较器输出高电平，通过非门关断驱动器的输出脉冲。 MAX744A应用电路如图4-16所示。MAX744A内设输出电压取样分压电阻，因此其输出电压为固定的5 V。 图4-16 MAX744A应用电路 4.3.2 MAX767电源 MAX767的应用电路如图4-17所示。MAX767是3.3 V供电电源降压变换器，当输入4.5～5.5 V电压时，输出3.3 V / 10 A的供电电压；其静态电流为0.7 mA，备用状态仅为120 μA。 图4-17 MAX767的应用电路 MAX767各脚功能及外围电路工作如下： 1脚：过流检测输入端，外接0.12 Ω负载电流取样电阻。 2脚：软启动控制端，外接0.01 μF充电电容，充电通路在集成电路内部。 3脚：电源输出控制端，高电平接通，低电平关断。 4、7、11脚：前级共地端。 5、6、12脚：空置。 8脚：内部基准电压，外接0.22 μF旁路电容。 9脚：同步时钟输入端，不用时与8脚相连。 10、14、15脚：输入电源隔离滤波器端，向集成电路内部前级电路供电，RC用以滤除开关脉冲。 13脚：内部驱动级接地端。 16脚：下管驱动脉冲输出端。 17脚：上管驱动级的自举升压电路端，外接自举升压二极管和0.1 μF的自举电路电容。将上管驱动脉冲的低参考点移动到输出中点，以使驱动脉冲加到VT1栅、源极之间。 18脚：驱动输出电路中点端。相对于此点，16脚和19脚输出时序不同的正向驱动脉冲。 19脚：输出触发脉冲先使VT1导通，待VT1关断后，16脚才输出延后的正向驱动脉冲使VT2导通，中间过程设有一定的死区时间，以免VT1、VT2共态导通。 20脚：引出端。有两种功能：内接取样分压电路对输出取样，同时又是过电流检测电平的另一取样端。 4.3.3 模式控制CMOS低功耗电源 MAX639为有PWM和PFM模式控制自动转换功能的低功耗降压开关稳压芯片。MAX639系列产品的内部电路如图4-18所示。 图4-18 MAX639系列产品的内部电路 MAX639用于降压电源的电路如图4-19所示。其8脚为检测端，当8脚电压高于2 V和低于0.8 V时，可自动转换为不同的控制模式，以降低损耗。当输入电压6.5～11.5 V时，输出5 V ± 0.2 V / 225 mA的供电。负载100 mA时，最小压降为0.5 V，静态输入电流仅为10 μA。2脚可作为电池欠压指示，该电路中未用。如果在1～7脚外接分压电压使取样电压升高，也可输出3.3 V电压。与MAX639性能相近的MAX653则不设内部取样分压器，由外电路接入，因而其输出可设定为3～5 V。 图4-19 MAX639的基本降压电路 4.3.4 MAX782和LTC1149的应用 1．多组电源供应集成电路MAX782 MAX782是一种用于移动设备的多组电源电路，其输入电压允许范围达5.5～30 V，可同时输出3组稳定的直流电压，其中3.3 V和5 V的最大输出电流均为5 A，15 V的最大输出电流为0.3 A，这3组输出电压的转换效率均大于95%。MAX782内部集成了MOSFET管驱动电路，可同时驱动变换器的开关管和同步整流管。3.3 V和5 V电压的输出与否可分别由外加电平控制。MAX782的典型应用电路如图4-20所示。 图4-20 MAX782的典型应用电路 2．MAX782功能及工作原理 MAX782的28脚为5 V基准电压输出端，13脚为3.3 V基准电压输出端。为了使内部取样放大器正常启动，5脚的启动电压由3.3 V经R15提供。在应用电路中，3.3 V和5 V的输出是相互独立的两部分。 开关管VT1和L1等组成3.3 V降压变换电路。当VT1导通时，电池电压经VT1向L1存储能量，开关管截止时续流二极管VZD3导通，L1的储能向C7、C16充电，为负载供电。VZD3导通的同时同步整流管VT3导通，其D-S极的电阻只有0.3 MΩ，并联于VZD3两端，减小了续流电路的正向压降，提高了效率。 MAX782内部设有完整的它激式驱动电路、PWM控制电路、输出取样和误差放大器。32脚和33脚接开关管VT1，其中低电位端(32脚)必须与VT1源极等电位，因此31脚外接VD1与C5组成自举电路，提高31脚的直流电位。MAX782的30脚输出的脉冲驱动同步整流管VT3，其低电位点为共地。30脚和33脚输出的两组驱动脉冲均为正极性，以驱动N沟道功率MOSFET管VT1、VT3。为了使VT1、VT3轮换导通，两组驱动脉冲有一时间差，即VT1先导通，L1存储能量，只有在VT1截止后VT3才能导通，L1的储能向负载电路释放。很明显，不允许VT1、VT3有即使是瞬时的同时导通，为此MAX782内部设有防止共态导通的控制电路，使两组驱动脉冲的交替处有适当的死区时间。34、35脚为过流检测输入端，由R1两端压降来检测负载电流，当UR1大于100 mV时，内部过流保护电路将减小脉宽，若连续过流，则关断驱动脉冲。34脚同时作为输出电压的取样输入端，在内部与3.3 V基准电压进行比较，通过控制驱动脉冲的宽度稳定输出电压。 MAX782的L2设有附加绕组，由VD3整流、C6滤波得到15 V直流电压，该电压由10脚输入内部辅助PWM控制系统。MAX782的14脚内部为200～300 kHz振荡器，主要由R17设定振荡频率，同时可由14脚引入外同步信号，使振荡频率与外系统时钟同步，避免引入脉冲干扰。1、19脚为两路输出电压的控制端，高电平为工作状态，低电平为等待状态。20、36脚外接有两只0.01 μF软启动电容，其设定的软启动时间约为9 ms。 3．LTC1149系列 LTC1149系列电路是电源管理集成电路，其典型应用电路原理图如图4-21所示。输出电压为 图4-21 LTC1149典型应用电路原理图 LTC1149各脚功能如下： 1脚(PGATE)：开关管驱动输出端。 2脚(Vin)：输入电压。 3、5脚(Vcc)：内部为基准电压，外接旁路电容。 4脚(PDRIVE)：开关管驱动电路自举升压输出端。 6脚(Ct)：振荡电路定时电容。 7脚(Vfb)：取样放大器输出端，外接相位补偿电路。 8脚(SENSE-)和9脚(SENSE+)：过流保护输入端，8脚内设取样分压电路。 10脚(SHDN1)和15脚(SHDN2)脚：LC控制端，低电平为工作状态，高电平时输出被关断。 11脚(Ith)：控制系统接地端。 12、14脚(GNDS)：驱动级接地端。 13脚(NGATE)：同步整流器驱动脉冲输出端。 16脚(CAP)：软启动控制端，接通电源瞬间为基准电平，随外接电容充电电流的减小而成为低电平，集成电路进入额定PWM控制状态。 4.4 特殊开关电源 4.4.1 显示设备的超高压电源 图4-22所示为以TDA8380A为核心的PWM脉冲控制和保护系统电路。该电路采用CRT独立供电方式，行扫描电路只向行偏转绕组提供扫描电流，并向钳位电路和消隐电路提供作为行频基准的行逆程脉冲，另设独立的CRT超高压和中压供电电路。全部CRT供电系统由PWM脉冲控制系统、逆程变换系统和保护系统三部分组成。 图4-22 PWM脉冲控制和保护系统电路 1．TDA8380A功能 TDA8380A各引脚功能如下： 1、2脚：分别为内部A路驱动管的发射极和集电极。当2脚接 +VCC时，1脚输出正向驱动脉冲。如果将1脚接地，2脚外接负载电阻供电，则2脚输出负极性驱动脉冲。 3脚：过零检测输入端，引入过零检测脉冲。当脉冲在上升沿和持续期间时，通过锁定电路关闭双稳态触发器，A、B两路将无输出，而在脉冲下降沿时内部触发器复位。 4脚：VCC欠压和过压取样输入端。实际电路中和5脚的供电端并联，对VCC取样。也可以通过取样分压器对输入整流电压取样，实现输入供电的过压和欠压保护。 6脚：2.5 V基准电压输出端。用作内部保护电路和误差比较器的基准电压。外部可接入误差1% 的电阻，使基准电压稳定。 7脚：取样比较器反相输入端，引入开关电源次级取样电压。 8脚：当次级输出电压升高时，输出电压降低，使驱动脉冲占空比减小，达到输出电压的稳定。 9脚：脉宽调制器控制输入端，由8脚引入。当9脚电压降低时，占空比减小。 10脚：外接定时电容C22。与内电路的定时电阻设定振荡器的基准频率f0。 11脚：外同步输入端。输入负极性同步脉冲，可以在大于f0和小于100 kHz的范围内使振荡器同步。 12脚：软启动控制端，外接电容C21。开机瞬间C21通过内电路充电，输出低电平，通过PWM电路使占空比为最小。随C21充电电压上升，占空比由10% 上升为额定值。电阻R40为关机后的C21提供放电通路，以使下次开机前软启动电路复位。 13脚：过流保护输入端，直接控制双稳态电路。当该脚输出高电平时关闭双稳态电路，实现保护。 14脚：接地端(－VCC)。 15、16脚：分别为B路驱动管的发射极和集电极，与1、2脚作用相同。 2．工作特点 由TDA8380A组成可变脉宽驱动和控制系统，产生驱动脉冲由A点输出，驱动开关管，控制变换器的脉冲变压器存储能量的大小，以调整次级的高压输出。 TDA8380A内部含有独立振荡电路，由外接定时电容设定基本振荡频率f0。振荡器设有外同步输入端，当输入频率高于f0的负极性同步信号时，振荡器可以同步于最高100 kHz外同步信号。一旦振荡频率设定后，振荡脉冲的占空比便受PWM电路的控制，使驱动脉冲占空比在48%以内改变。占空比可变的脉冲经触发器整形，由驱动电路输出两路时序不同的调宽脉冲。两路驱动输出采用集电极和发射极均开路的输出方式，增加了应用的灵活性。 如果两路输出采用并联形式，由A管集电极2脚和B管发射极15脚并联输出，则输出的是极性相同、时序不同、占空比加倍的驱动脉冲，这种驱动方式使最大占空比变化范围增大至近98%，适用于驱动单端开关电路。 如果两路输出分别由A管发射极和B管集电极输出，则输出的是极性相同、时序不同且有一定死区时间的驱动脉冲，这种方式适用于驱动推挽式开关电路。两驱动管由外电路独立供电，使驱动器容易实现驱动电平移位，而无需驱动变压器隔离。 若A管和B管都由同一电极输出，则输出极性相反的驱动脉冲，这种方式适用于驱动互补推挽开关电路。TDA8380A内部还设有过零检测电路，对脉冲变压器感应电压取样。当感应电压下降为0 V时，脉冲变压器磁能已释放完毕，过零检测电路通过锁定电路的复位使双稳态触发器接受振荡脉冲的触发，输出下一周期的驱动脉冲。这就避免脉冲变压器能量未释放完前，开关管连续导通而引起脉冲变压器磁饱和，导致电感量下降造成开关管的过热击穿。 TDA8380A内部取样比较器的同相输入端接有内部提供的2.5 V基准电压，其反相输入端通过外取样分压电路得到取样电压。TDA8380A内部还设有一系列保护电路，如电源过压和欠压保护输入、过流保护输入和开机软启动控制等。 4.4.2 行脉冲驱动超高压电源 采用超高压电源和行扫描输出级各自独立，共用驱动脉冲信号源的方式，可以改善图像显示效果，同时延长投影管的寿命。电路特点是：超高压变换器的驱动脉冲信号源仍沿用行驱动脉冲，而在脉冲放大电路中加入电子开关，控制脉冲放大器的供电，即在每个行周期中用断开放大器供电的方式控制输出脉冲的脉宽，以达到稳定超高压输出的目的。 背投影的超高压电源简化电路如图4-23所示。由IC603组成行振荡电路，12脚输出行脉冲。行驱动脉冲经射随器VT601缓冲后分成两路：一路由VT1003缓冲，驱动行推动级VT1002，再经行推动变压器T1001驱动行输出管VT1001；另一路经VT601发射极、隔离电阻R901送入射随器VT810缓冲放大，驱动推动级VT801，推动变压器T802的次级直接驱动开关管VT808。 图4-23 超高压变换电源简化电路 VT806的集电极并联接入两只脉冲变压器T803和T801。T803次级一绕组脉冲电压由VD814整流、C828滤波，向投影管提供6.3 V / 1.8 A的灯丝供电。T803次级另一绕组脉冲电压用于升压式整流电路，将135 V供电串联接入65 V的脉冲整流电压，向视频放大器提供220 V电压。T801则只输出超高压和聚焦电压。由该电路可见，行输出级和超高压变压器之间无直接联系，完全避免了两者的相互影响。 超高压变换器的两级脉冲放大电路中，推动级VT801的集电极供电电路串联接入VT802、VT803组成的电子开关，在输出级VT806的发射极也接入电子开关VT808。为了适应输出级工作电压高、电流大的特点，采用MOSFET管作为电子开关。当两级电子开关都输入高电平控制信号时，超高压变换器接通开始工作。如果控制信号为脉宽调制的方波信号，则T801、T803初级输出的行脉冲被驱动控制脉冲所调制，输出PWM脉冲。在电源中，由T801初、次级匝数比设定超高压输出，由驱动脉冲的脉宽调制向下调整超高压，即当电子开关VT803、VT808短路时，VT806输出脉冲为最大脉宽等于标准行脉冲的脉冲宽度，此时T801次级输出电压稍高于额定电压，然后通过驱动控制使行脉冲宽度减小，使超高压输出为额定值。当超高压变化时，驱动脉冲有调整的余地。 4.4.3 基于TPS54350的DC/DC电源 1．TPS54350特性 TPS54350是一种内置MOSFET的高效DC/DC变换电路，由TPS54350组成的DC/DC电源的主要特性如下：连续输出电流为3 A时，效率达90%以上；输入电压范围为4.5～20 V；输出电压可调低至0.891 V，精确度为1%；可编程外部时钟同步；脉宽调制频率在250～700 kHz可调节；具有峰值电流限制与热关断保护；可调节的欠压关断；内部软启动；电源安全输出等。 2．实用电路 图4-24为TPS54350的应用电路。图中，电路的输出电压是可变的，通过改变电阻器R2的阻值，可得到期望的输出电压值。 电路的输入电压Ui为5 V，输出电压为3.3 V，通常取R1=1 kΩ。R2的计算公式为 图4-24 TPS54350的应用电路
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