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L5973AD步降开关稳压器的应用

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。

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



1 L5973AD的功能原理

L5973AD采用SO8封装形式,其引脚排列。L5973AD芯片的内部结构组成。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。

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

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

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。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。