第4章單片開關電源4.1典型單片開關電源4.2同步整流技術的低壓大電流開關電源4.3移動電子設備電源集成電路4.4特殊用途開關電源4.1典型單片開關電源

4.1.1LM25××系列單片開關電源

1.可調五端單片開關電源LM2576ADJ

LM2576ADJ為一種典型的單片開關電源，其基本技術參數(shù)如下：最大允許輸入電壓為45V，額定輸出電壓范圍為4.75～40V，反饋控制電壓為1.23V，反饋電壓變動范圍為1.217～1.243V，最大輸出峰值電流為5.8A，平均負載電流為3A，開關頻率為52kHz，效率為77％。LM2576ADJ的內部結構見圖4-1。其內部有基準電壓穩(wěn)壓器輸出的1.24V基準電壓，獨立的振蕩器輸出52kHz的固定頻率脈沖，在比較器內部與誤差放大器輸出完成脈寬調制，PWM脈沖經(jīng)與門控制輸出與之脈寬相同的矩形波；輸出驅動器設有關斷電路，由⑤腳開關電平進行控制，通過此功能可實現(xiàn)輸出過壓、過流保護。芯片內還設有超溫保護，若芯片內部溫度大于125℃，則自動關斷驅動輸出。LM2576ADJ輸出電壓可調；當負載電流為1A時，脈沖紋波小于20mV，輸出阻抗不大于0.1Ω；芯片和散熱器支架熱阻為2℃／W。為了使穩(wěn)壓器正常工作，最小負載電流不大于100mA。2.LM2576ADJ的應用

LM2576ADJ的典型應用電路如圖4-2所示。

LM2576ADJ各腳功能如下：

①腳為直流電壓輸入端，輸入電壓最高為45V。若由低壓交流整流供電，為了避免空載時電壓超出45V，交流輸入電壓應不高于32V。

②腳為脈沖輸出端，最大輸出5.8A的調寬脈沖。在正脈沖持續(xù)期，二極管V截止，脈沖電流向L存儲磁場能量，同時向負載提供直通電流，并向C充電。在脈沖截止期，L釋放磁場能量，產(chǎn)生右正左負的感應電勢使V導通，繼續(xù)向C充電，并向負載提供不間斷的電流。輸出電壓值取決于輸出脈沖的幅度和占空比。圖4-2LM2576ADJ的典型應用電路③腳為輸入/輸出級共地端。

④腳為脈沖寬度控制端。當④腳電位升高時，輸出脈沖寬度減小，使輸出電壓降低。電路中由R3+R4、R1組成輸出電壓取樣分壓器，通過調整R3(細調)和R4(粗調)，可改變輸出電壓值。在上述控制過程中，輸出電壓Ui的表達式為(4-1)當輸入電壓和負載變動時，④腳電壓可以在1.217～1.243V之間變化，以穩(wěn)定輸出電壓。3.單片開關電源LM2577ADJ

升壓型單片開關電源LM2577ADJ與LM2576ADJ的內部電路幾乎相同，其最高輸出電壓為60V，內部開關管為NPN型，UCEO>65V，ICEO>3A，最大輸出電流為1A。其輸入輸出的應用要求是，在輸出電壓Uo≤60V的條件下，同時要求Uo<10Ui。其應用電路如圖4-3所示。圖4-3LM2577ADJ的應用電路LM2577ADJ的①腳為誤差放大器輸出端，外接頻率補償RC電路。因為內部PWM比較器的反相輸出端受控于誤差放大器的輸出，所以此RC電路有軟啟動功能。開機后，輸出電壓尚未建立時，取樣放大器輸出高電平向C充電。隨C充電過程，①腳電位緩慢升高，脈沖寬度逐漸增大，直到輸出端被穩(wěn)定于額定電壓。R、C分別為4.7kΩ和0.22μF。⑤腳為電壓輸入端，允許輸入電壓范圍為4～40V。芯片內部設有輸入電壓欠壓保護電路，以免輸入電壓過低達不到升壓額定電壓時脈沖寬度急劇增大引起開關管電流過大而損壞。為了避免此現(xiàn)象發(fā)生，欠壓保護的閾值隨輸出電壓而改變。其誤差檢測放大器輸入內部基準與LM2576ADJ相同，②腳為取樣輸入端，由R1、R2分壓對輸出電壓取樣。1.L4962組成的可調穩(wěn)壓開關電源電路

L4962的內部電路集成有5.1V的基準電壓穩(wěn)壓器、鋸齒波發(fā)生器、PWM比較器、誤差放大器和功率開關等。為了提高可靠性，還設有過流限制和芯片過熱保護電路。L4962的鋸齒波發(fā)生器外接并聯(lián)的定時電路RT、CT，振蕩頻率可以由下式確定：(4-2)式中的單位是，f為kHz，RT為kΩ，CT為μF。當L4962的工作頻率要求在50kHz以上時，CT在1000～3300μF之間選擇，RT在1～27kΩ之間選擇。頻率過低，濾波電容體積將增大，紋波率也將增大。

L4962的應用電路如圖4-4所示。這是一個5～15V連續(xù)可調穩(wěn)壓開關電源電路，輸入電壓經(jīng)C1濾波，進入⑦腳，R4、R3組成反饋電路。腳接R2、C3并聯(lián)電路，確定工作頻率。腳接電容C4，使電源具有軟啟動功能，C4若為

2.2μF時，軟啟動時間約為100ms。②腳為輸出端，通過調整取樣分壓器R3/(R4+R3)可設定輸出電壓。圖4-4L4962的應用電路圖4-5W296組成的降壓開關電源電路圖4-5中有兩個過壓保護電路：第一個是用于輸出電壓的過壓保護電路，①腳從5V輸出端取樣,當輸出電壓超出5V時，腳輸出高電平，經(jīng)V2送入⑥腳，使電源關斷;第二個是有延遲時間動作的保護，用于輸入電壓過壓保護,雖然W296允許輸入電壓為10～40V，但如果降壓輸出電壓為5V，最好限定輸入電壓，以便在開關管功耗允許范圍內向負載提供最大電流。因此圖4-5電路中將輸入電壓限定于10～15V。電阻R1、R2對Ui分壓送入腳。當Ui>15V時，腳內部保護電路動作而開路，腳通過R3得到高電平，同時經(jīng)V1送入⑥腳，開關電源驅動脈沖被關斷。腳外接電容使腳輸出高電平延遲100ms，在輸入電壓為輸入降壓整流時，以免瞬間電壓升高使電路誤動作。3.W296Z組成的延遲動作保護電路

W296具有延遲動作保護功能，可用于輸出過流、短路保護電路。圖4-6所示為由W296Z組成的延遲動作保護電路。該電路增設小阻值取樣電阻R2，串聯(lián)接在輸出負載電路中。當負載電流超限時，VT立即導通，其集電極輸出高電平經(jīng)V3送入腳，腳輸出延時后，通過V1輸入⑥腳,啟動保護電路。為了使短路保護動作更快，腳外接C1為

0.22μF左右，保持大約10ms的延時。其目的是防止接通電源瞬間C2的充電峰值電流使電路誤動作。該系列單片開關電源也可變通用于升壓變換、外接擴流開關管擴流、極性反轉等開關電源中，應用時只需注意內部開關管極限電壓、取樣輸入電壓和5V基準電壓的關系，即可方便地設計出適合自己需要的電路。4.1.3它激式低壓單片開關電源MC78S40

它激式降壓開關電源與自激式不隔離降壓開關電源的區(qū)別是，前者由專用集成化器件控制開關管導通期的能量存儲過程。MC78S40就是一種典型的集成器件，圖4-7是MC78S40的內部電路以及由其組成的5V／3A開關穩(wěn)壓器。其內部包括振蕩器、輸出電壓誤差比較器、1.25V基準電壓產(chǎn)生器、受控于與門的RS觸發(fā)器和達林頓驅動輸出級等。其技術指標如下：最高輸入電壓為40V，驅動級開關電流為1.5A，基準電壓輸出為1.25±0.005V，內部驅動級開關管飽和壓降為1.3V，最大功耗為1.5W，過流保護動作電壓為350mV。圖4-7MC78S40的內部電路及由其組成的穩(wěn)壓器④、⑥、⑦腳接內部備用運放,供保護電路或作為外電路控制。該電源中利用外接調整管TV2組成耗能型12V輸出串聯(lián)穩(wěn)壓器，內部運放作為取樣比較器，其正向輸入端(⑥腳)接入1.25V基準電壓，反相輸入端(⑦腳)由R3、R4對12V穩(wěn)壓輸出分壓取樣。比較器輸出端(④腳)控制調整管VT2的基極穩(wěn)定12V輸出，該路為耗能式穩(wěn)壓器，故12V負載電流小于0.2A。

⑤腳為集成電路供電檢測端，最高可輸入40V電壓，經(jīng)內部穩(wěn)壓后，向運放和基準電壓源提供工作電壓。

⑧腳接內部基準電壓產(chǎn)生電路，輸出1.25±0.005V的高精度基準電壓。⑨、⑩腳接內部控制環(huán)路的取樣比較器，正向輸入端(⑨腳)接入1.25V基準電壓，反相輸入端(⑩腳)經(jīng)R1、R2對

5V輸出電壓取樣。當5V輸出電壓升高時，取樣比較器輸出低電平，觸發(fā)器S端關閉輸出脈沖，使輸出電壓下降。比較器輸出高電平時，RS觸發(fā)器使驅動級導通，以調整脈沖占空比的方式穩(wěn)定輸出電壓。

腳為輸入／輸出電壓接地端。

腳為振蕩器外接定時電容端，以設定振蕩器的頻率。當外接電容為1000pF時，振蕩頻率為25kHz。

腳為集成電路內部控制系統(tǒng)供電端，最高輸入電壓

40V。腳為振蕩器控制端,以控制系統(tǒng)供壓。當該腳電壓低于350mV時，振蕩器被關斷。該電源中此功能被用于過流保護，開關管VT1的發(fā)射極通過0.068Ω電阻供電。當某種原因使開關管導通時間過長，電阻上壓降大于350mV時，相當于開關管導通電流大于5A，振蕩器停振

保護。

、腳為兩只達林頓驅動管的集電極引出端，外接NPN開關管的驅動脈沖輸出。

在上述開關電源中，對續(xù)流二極管的大電流損耗不容忽視。普通二極管當正向導通狀態(tài)突然加入反向電壓時，并不能立即關斷，而有一反向恢復時間。在反向恢復時間內，開關管集電極對地短路，增大了開關管損耗。即使采用快恢復二極管縮短反向恢復時間，普通二極管的正向壓降在大電流狀態(tài)下也會使損耗增大。因此最理想的方法是采用肖特基二極管，其反向恢復時間小于200ns，正向壓降為0.2～0.3V。圖4-8MC34063的內部電路

2.MC34063組成的降壓開關電源

圖4-9為MC34063組成的降壓開關電源，其外圍元件少，組合比較合理。這種降壓開關電源主要由儲能電感L、續(xù)流二極管V和濾波電容C組成，又稱為LDC降壓電路。MC34063的開關頻率由CT設定，其允許范圍為100Hz～100kHz。其限流電阻RSC可按動作電壓330mV設置。其內部驅動輸出管的最大電流為1.5A，最高輸入電壓可達40V。無負載時，初級電流為8～18mA。5V輸出電壓由取樣電路R1、R2設定，取樣電壓送入⑤腳內部比較器的反相輸入端，正相輸入端接入1.25V內部基準電壓。當輸出電壓降低時，取樣電壓低于基準電壓，比較器輸出高電平，將內部與門接通，振蕩器的輸出通過與門將觸發(fā)器置位，其輸出端Q輸出高電平，開關管導通輸出1.5A電流，向儲能電感L存儲磁能，并向負載提供電流。隨后，振蕩脈沖的下降沿使觸發(fā)器復位輸出，開關管截止，L釋放能量，使V導通繼續(xù)向負載提供電流。在開關管導通期間，如果輸出電壓上升超過5V，取樣電壓將隨之升高，使比較器輸出低電平，關閉與門，振蕩器輸出被阻斷，觸發(fā)器無輸出，開關管被關斷。通過上述調整過程，使輸出電壓保持穩(wěn)定。圖4-9MC34063組成的降壓開關電源3.MC34063組成的升壓開關電源

圖4-10所示為MC34063組成的有擴流開關管的升壓開關電源。電源接通時，在開關管導通期，輸入電壓經(jīng)開關管直接加在L兩端，向L存儲能量。當開關管截止時，L的自感電勢與輸入電壓串聯(lián)疊加，經(jīng)二極管V向C充電。負載上得到的輸出電壓除與輸入電壓成正比外，還與L自感電勢的脈沖占空比有關，因此對輸出電壓取樣送入⑤腳,控制開關管VT的導通／截止時間比，即可穩(wěn)定輸出電壓。圖4-10MC34063組成的有擴流開關管的升壓開關電源4.MC34063組成的極性反轉電路

圖4-11所示為MC34063組成的極性反轉電路。MC34063的②腳內部脈沖輸出管發(fā)射極接入儲能電感L，當內部開關

管導通時，輸入電壓經(jīng)開關管集電極和發(fā)射極向L存儲能量，此時二極管V是截止的，負載兩端無電壓。當開關管截止時，L自感電勢使V導通輸出負電壓，經(jīng)C濾波，向負載供電。為了穩(wěn)定輸出電壓，利用精密運放A將負極性取樣電壓反相后，再送入⑤腳。

上述應用中無論是升壓電路還是降壓電路，都可以將儲能電感L加裝次級繞組，使之成為脈沖變壓器。在次級繞組加入整流濾波電路后，可以得到正極性或負極性的另一組輸出電壓。圖4-11MC34063組成的極性反轉電路4.2同步整流技術的低壓大電流開關電源

同步整流技術是通過控制功率MOSFET的驅動電路實現(xiàn)整流功能的，一般驅動頻率固定在200kHz以上，門極驅動可以采取交叉耦合或外加驅動信號配合死區(qū)時間控制來實現(xiàn)。由于其成本較高，因此目前僅在技術含量較高的電源模塊中得到應用。圖4-12所示為同步整流原理示意圖。圖4-12同步整流原理示意圖4.2.1UC3842控制的同步整流電路

圖4-13所示為使用它激式驅動電路UC3842組成的5V/10A開關電源。其基本技術參數(shù)如下：輸入電壓為8～16V，輸出電壓為5V，最大負載電流為10A，輸出端脈沖紋波峰值小于80mV，輸入電壓、負載電流以及環(huán)境溫度在額定范圍內變化時輸出電壓變動小于2%，環(huán)境溫度為－10～+70℃，變換器頻率為120kHz，在允許的輸入電壓范圍內，負載電流最大時開關電源的平均效率為95％。圖4-13基于同步整流技術的電源電路設驅動脈沖在tn期間，變換器開關管導通，向電感存儲磁能，存儲能量正比于tn的脈沖寬度。在驅動脈沖tn截止后，經(jīng)過設定的死區(qū)時間tD，脈沖間歇期的低電平輸出通過控制電路，使續(xù)流二極管上并聯(lián)的開關管導通。低內阻的MOSFET管漏、源極并聯(lián)接入續(xù)流二極管，使電路等效內阻大幅度降低，儲能電感能量釋放電流增大，向負載放電。死區(qū)時間的設定，是為了避免兩只不同功能開關管形成瞬間共態(tài)導通，造成供電電路短路損壞開關管。由于MOSFET管無存儲效應，可以將死區(qū)時間tD設置短一些，更利于在穩(wěn)壓電路的控制下大范圍改變脈寬速度，以實現(xiàn)更大的穩(wěn)壓范圍。UC3842采用脈沖寬度調制方式穩(wěn)定輸出電壓，其各腳功能及外圍元器件作用如下：

①腳為內部誤差比較器的誤差檢測輸出端，在集成電路內部控制脈寬調制器。外電路接入R2作為負反饋電阻，以穩(wěn)定增益。C8作為頻率特性校正，避免比較器產(chǎn)生自激。

②腳為比較器正向輸入端。穩(wěn)壓器輸出5V電壓，由R4、R1分壓，正常穩(wěn)壓狀態(tài)為2.5V取樣電壓。比較器的反向輸入端在集成電路內部，由5V基準電壓分壓得到2.5V基準電壓。③腳為高電平保護輸入端，其輸入電平保護閾值為1V。在1V以下，可以控制輸出驅動脈沖的脈寬；若達到1V，則瞬間關斷輸出脈沖。在圖4-13中，由電流互感器T1對開關管VT2導通電流取樣，經(jīng)V1整流，R5、R6分壓后，送入集成電路③腳作為開關管過流保護。電容器C11為高次諧波旁路電容，以避免脈沖尖峰使保護電路誤動作。

④腳為內部振蕩器的外接定時電路端子，5V基準電壓通過電阻向電容器C10充電。R3、C10設定振蕩器的脈沖頻率為120kHz。

⑤腳為共地端。

⑥腳為PWM驅動脈沖輸出端，用以驅動P-N溝道對管VT1組成的移相驅動器。⑦腳為供電端，接入8～16V輸入電壓。

該電路的同步整流器由VT1、VT2和VT3組成。開關管VT2為P溝道FET管IRF4905，其漏-源極導通電阻為20MΩ,關斷時間為80ns。開關管VT3為N溝道FET管IRF3205，其導通電阻為8MΩ，其漏、源極并聯(lián)接在續(xù)流二極管V2兩端。V2為反壓10V、最大電流30A的肖特基二極管，當負載電流最大時，其飽和壓降在0.5V左右。VT3導通后，與V2并聯(lián)，將飽和壓降降低到100mV，大大降低了開關管的損耗。為了實現(xiàn)VT2、VT3的輪流導通，電路中由雙場效應管VT1組成驅動脈沖相位分離電路。VT1內部由P溝道和N溝道FET對管組成。當UC3842⑥腳輸出驅動脈沖為高電平時，VT1內部P溝道FET管截止，N溝道FET管導通，VT2柵極通過R7、VT1的⑦腳和①腳得到電壓，VT2導通，輸入電

壓通過VT2源-漏極加到L2左端，由電源向L2存儲磁能，同時向負載供電，電流呈線性增長。當驅動脈沖達到截止點時，C12充電電壓最大。在VT2導通的同時，VT1導通，其⑦腳和①腳將VT3柵-源極短路，使VT3截止。在L2存儲能量期間，VT2也反偏截止。在驅動脈沖的截止期，UC3842⑥腳輸出低電平，VT1內部P溝道FET管導通，將VT2的柵-源極短路。此時VT1的N溝道FET管截止,使VT2也截止，L2釋放磁場能量，V2正偏導通，VT1的⑤腳漏極輸出高電平經(jīng)過R7，使VT3導通，其漏-源極低內阻并聯(lián)在續(xù)流二極管V2兩端，使L2的釋放電流增大。在此部分電路中，利用MOSFET管的快速開關特性對VT2、VT3的導通／截止進行控制，使VT2、VT3開關損耗進一步降低。由于L2在磁-電的存儲／釋放過程中難免形成開關脈沖紋波，因此電路中濾波電容C12采用6只100μF的電容并聯(lián)，該方式可以有效地降低電解電容的分布電感，使其高次諧波的濾波性能更好。4.2.2具有同步整流功能的專用集成電路

同步整流電路不僅使大電流開關穩(wěn)壓器效率提高，還使小型化移動電子設備的溫升降低，是小型電源的理想元件。圖4-14所示為MAX796組成的兩組輸出直流開關變換器。

MAX796的各腳功能及電路工作原理如下：

①腳(SS)為軟啟動控制輸出端，外接軟啟動充電電容。

②腳(SECFB)為輔助輸出端，12V／250mA輸出的取樣由此端輸入。

③腳(REF)接內部基準電壓穩(wěn)壓電路，外接旁路電容。

④腳(GND)為共地端。

⑤腳(SYNC)為外同步輸入端，如不用外同步，可與③腳連接。圖4-14MAX796組成的兩組輸出直流開關變換器⑥腳()為芯片關斷控制端，高電平開通，低電平關斷。關斷控制電流為10μA。

⑦腳(FB)為輔助輸出反饋輸出電壓端，經(jīng)電容濾波后，與開關管驅動電路的冷端(腳(VL))相連接，由二極管、電容形成自舉電路，目的是使開關管的柵極驅動電容直流電位與其源極相等，除驅動脈沖之外，開關管柵、源極無直流電位差。

⑧腳(CSH)、⑨腳(CSL)為過電流取樣電阻的取樣電壓輸入端。⑧腳為高電位端，⑨腳為低電位端。同時⑨腳還為輸出電壓反饋端，將信號送入集成電路內部取樣分壓器。⑩腳(V+)為輸入電壓端，接入6.5～28V正電壓，向集成電路內部提供工作電壓，同時在外電路向開關管、儲能電感供電。

腳(PGND)為內部驅動電路接地端。

腳(DL)、腳(DH)為內部驅動輸出端，輸出時序不同的正相驅動脈沖。

腳(LX)為DH驅動脈沖的低電位端，其直流電位與開關管源極相等。

腳(BGT)為DH、DL驅動脈沖的中點輸出端。與MAX796性能相近的有同步整流高效DC/DC開關轉換器UCC39421／39422，可構成多模式PWM控制的高效變換器或低壓開關電源。該集成電路可以適應極寬的輸入電壓，工作范圍在幾毫瓦到10W以上，提供大于95％的變換效率，在手機、尋呼機、PDA和其他移動設備中得到了廣泛應用。所謂多模式PWM控制，是指該集成電路對輸出電壓高于輸入電壓時為升壓開關模式，當輸出電壓低于輸入電壓時，可工作于降壓穩(wěn)壓狀態(tài)。不過，當工作于降壓方式時，只能將儲能電感更換為有次級繞組的降壓脈沖變壓器，從脈沖變壓器得到降壓后整流輸出。UCC3942系列最低輸入電壓為1.8V，提供2.4～8V的輸出電壓。其內部變換器工作頻率高達2MHz。為了提高功率輸出效率，內部可編程的電流閾值比較器可控制工作頻率。當?shù)凸β瘦敵鰰r，為PFM控制方式；當中、高功率輸出時，則為PWM控制方式。內部振蕩器還設有外同步輸入

端，可在固定負載下實現(xiàn)定頻率的PWM狀態(tài)。此外，其內部還有可編程上電復位功能、欠壓檢測比較器和限流保護等輔助功能。UCC39421組成的升壓電路見圖4-15。圖中L1為儲能電感，因為開關頻率的提高，L1僅為2.2μH。VT1A為N溝道開關管。集成電路⑤腳輸出開關脈沖驅動VT1A的柵極，VT1A導通，向L1存儲磁能。當VT1A截止時，L1釋放能量產(chǎn)生的感應電壓與輸入電壓串聯(lián)加到同步整流器P型FET管的漏極，同步整流器在VT1A截止時導通，輸出升壓后的5V／1.2A供電。圖4-15UCC39421組成的升壓電路UCC39421的各腳功能及外圍元件作用如下：

①腳為內部死區(qū)時間控制電路的取樣輸入端。當VT1A導通時，①腳呈現(xiàn)低電平，反之呈現(xiàn)高電平。此電平關系控制死區(qū)時間，防止VT1A、VT1B共態(tài)導通。

②腳為輸出電壓取樣輸入端，內部取樣比較器根據(jù)輸出電壓的變化，控制PWM輸出脈沖的占空比，以穩(wěn)定輸出電壓。

③腳為同步整流電路驅動脈沖輸出端。當開關管VT1A截止時，輸出低電平，驅動脈沖使VT1B導通。因此UCC3942系列同步整流必須用P溝道FET管。

④腳為驅動輸出電路參考地。⑤腳為開關管VT1A驅動脈沖輸出端。當L1能量釋放完畢，輸出電壓開始降低時，VT1B截止，⑤腳輸出高電平驅動脈沖，使N溝道開關管VT1A導通，開始下一個周期的能量存儲。此期間③腳輸出高電平使VT1B截止。

⑥腳為輸入電壓升壓后輸出電壓內置超壓保護端，一旦PWM系統(tǒng)失控，將使輸出電壓超高，驅動電路關斷，輸出電壓等于輸入電壓。

⑦腳為共地端。

⑧腳為控制端，高電平輸入為關斷模式，供電端電流降至5μA。⑨腳為過電流傳感器輸入端，輸入為電壓信號。為了實現(xiàn)開關管過電流保護，在VT1A源極接有源極電流取樣電阻R6。當R6兩端壓降增大到限定IDS閾值時，R6壓降使⑨腳電壓升高，開關電路被關斷。該端另一功能是輸出低電流關斷功能。輸出電壓經(jīng)RS降壓取樣送入⑨腳，當負載電流過小或空載時，勢必使輸出電壓有上升趨勢，此時⑨腳內電路關斷驅動器。

⑩腳為外同步脈沖輸入端。當用于負載變化范圍小的設備時，使內部振蕩器頻率鎖定于同步脈沖，以穩(wěn)定為PWM模式工作。

腳為振蕩器外接定時電阻R。腳為前級控制電路共地端。

腳為PFM模式控制取樣輸入端。輸入電壓經(jīng)R1、R2和R3分壓輸入腳，當輕負載時，R2分壓值上升，啟動內部PFM電路控制穩(wěn)壓輸出，通過降低開關頻率方式降低電源低功率狀態(tài)的損耗。

腳為PWM反饋控制端。在50％額定負載以上或重負載情況下，腳電壓降低關斷PFM電路，PWM電路被啟動。此時腳由R1和R2、R3分壓對輸出電壓取樣，控制PWM電路，使輸出電壓穩(wěn)定。

腳為比較器的相位補償電路端。

腳為輸入電壓選擇端。輸入電壓在芯片內部與輸出電壓比較，以設定降壓模式或升壓模式。4.3移動電子設備電源集成電路

近年來移動電子設備日益增多，為了對其內部功能電路提供多組不同的電壓值，必須采用DC/DC變換開關穩(wěn)壓器。因此，專用于電池供電設備的電源集成電路應運而生。此類開關電源除具有一般升／降壓穩(wěn)壓輸出功能以外，還要求有電平控制的關斷功能，以便使移動設備在等待狀態(tài)可通過按鍵控制開／關機。根據(jù)供電功能電路的不同，單片電源集成電路也不同，一般通稱為電源管理系統(tǒng)，通常可分為有升／降壓功能的單片集成穩(wěn)壓電路、電池電壓檢測電路、充電器控制電路、LCD電源供電電路等。現(xiàn)以升／降壓單片集成穩(wěn)壓電路為例介紹電源集成電路的原理及性能。4.3.1MAX744A電路

MAX744A為電源管理集成電路系列產(chǎn)品之一，是典型的PWM降壓變換器，在寬負載電流變化范圍內(從10mA至額定電流)均有超過90％的效率，能有效地延長電池的使用壽命，還能根據(jù)負載電流值自動改變工作模式，在負載電流較大時，內部穩(wěn)壓系統(tǒng)為PWM控制方式，以免儲能電感的高峰值電流引起分布電阻損耗；在輕負載時為PFM控制方式，以減小FET管柵極電荷損失，以免靜態(tài)電流消耗過大。此外，有控制工作模式的集成電路也可使之固定于PWM控制模式，以避免紋波頻率隨負載電流變動。MAX744A內部主要功能電路如圖4-15所示。MAX744A的工作頻率為159～212.5kHz，以避開對通信設備第二中頻455kHz的干擾。該集成電路允許輸入電壓為6～16V，輸出穩(wěn)定的5V電壓，負載電流達750mA，靜態(tài)電源電流僅為

1.7mA。當SHDN端呈現(xiàn)低電平時，內部電路處于關斷狀態(tài)，關斷電流僅需6μA。MAX744A內部具有振蕩器、觸發(fā)器、PWM比較器、基準電壓產(chǎn)生器、輸出驅動器以及P溝道FET開關管。其工作原理與前述降壓開關電源的基本相同。主要的區(qū)別是：其一，內設有過電流檢測電阻R，對開關管導通電流取樣；其二，內設有軟啟動控制電路，外接RC充電電路，接通電源瞬間，電容C兩端無電壓，軟啟動控制端輸出低電平，該電平接入PWM比較器反相輸入端，使開機瞬間PWM比較器輸出為零，隨著C充電電壓上升，PWM電路輸出脈寬緩慢增大后，受控于誤差放大器的輸出；其三，內設有供電電壓欠壓檢測電路，當電池電壓低于下限允許值時，檢測比較器輸出高電平，通過非門關斷驅動器的輸出脈沖。

MAX744A內設輸出電壓取樣分壓電阻，因此其輸出電壓為固定的

5V。其應用電路見圖4-16。圖4-16MAX744A應用電路MAX744A各腳功能及外圍元件作用如下：

①腳為關斷控制端，高電平時為接通狀態(tài)，低電平時為關斷。

②腳內接基準電壓發(fā)生器，外接0.01μF的旁路電容。

③腳為軟啟動控制端，由510kΩ電阻和0.1μF電容組成軟啟動電路，啟動期間初始電壓

0V，啟動完畢為輸入電壓。

④腳為取樣誤差放大器的取樣分壓端，接入誤差放大器反相輸入端。⑤腳為輸出電壓控制端，內接取樣分壓電阻。如將⑤腳直接接到輸出電壓端，則輸出穩(wěn)壓值為5V；如果加入串聯(lián)電阻后接到輸出端，則輸出電壓可調整到大于5V或近似等于輸入電壓。

⑥腳為共地端。

⑦腳為開關管漏極輸出端，外接儲能電感L、續(xù)流二極管V和濾波電容C。

⑧腳為輸入電壓端，接入6～16V電壓和脈沖旁路電容器。4.3.2MAX767電路

MAX767是3.3V供電電源降壓變換器，當輸入4.5～5.5V電壓時，輸出3.3V／10A的供電電壓。其靜態(tài)電流為0.7mA，備用狀態(tài)僅為120μA。MAX767的應用電路見圖4-17。

MAX767各腳功能及外圍電路工作如下：

①腳為過流檢測輸入端，外接0.12Ω負載電流取樣電阻。

②腳為軟啟動控制端，外接0.01μF充電電容，充電通路在集成電路內部。

③腳為電源輸出控制端，高電平接通，低電平關斷。

④、⑦、腳為前級共地端。

⑤、⑥、腳空置。圖4-17MAX767的應用電路⑧腳內接基準電壓，外接0.22μF旁路電容。

⑨腳為同步時鐘輸入端，不用時與⑧腳相連。

⑩、、腳為輸入電源隔離濾波器端，向集成電路內部前級電路供電，RC用以濾除開關脈沖。

腳為內部驅動級接地端。

腳為下管驅動脈沖輸出端。

腳為上管驅動級的自舉升壓電路端，外接自舉升壓二極管和0.1μF的自舉電路電容。將上管驅動脈沖的低參考點移動到輸出中點，以使驅動脈沖加到VT1柵、源極之間。腳為驅動輸出電路中點端，相對于此點，腳和腳輸出時序不同的正向驅動脈沖。

腳輸出脈沖先使VT1導通，待VT1關斷后，腳才輸出延后的正向驅動脈沖使VT2導通，中間過程設有一定死區(qū)時間，以免VT1、VT2共態(tài)導通。

腳引出端有兩種功能：內接取樣分壓電路對輸出取樣，同時又是過電流檢測電平的另一取樣端。4.3.3模式控制的CMOS低功耗集成電路

MAX639為有PWM和PFM模式控制自動轉換的低功耗降壓開關穩(wěn)壓芯片。MAX639系列產(chǎn)品的內部功能電路見圖4-18。

MAX639的基本降壓電路如圖4-19所示。當輸入電壓為6.5～11.5V時，輸出(5±0.2)V／225mA的供電。當負載為100mA時，最小壓降為0.5V，靜態(tài)輸入電流僅為10μA。電路中的欠壓檢測輸出功能②腳可作為電池欠壓指示，該電路中未用。如果在①～⑦腳外接分壓電壓使取樣電壓升高，也可輸出3.3V電壓。與之性能相近的MAX653則不設內部取樣分壓器，由外電路接入，因而其輸出可設定為3～5V。在上述基礎上改進生產(chǎn)的MAX1649／1627可驅動外接P溝道FET管，輸出2A的負載電流。圖4-18MAX639系列產(chǎn)品的內部功能電路圖4-19MAX639的基本降壓電路4.3.4MAX782電路

MAX782是一種用于移動設備的多組電源供應集成電路，其輸入電壓允許范圍達5.5～30V，可同時輸出3組穩(wěn)定的直流電壓，其中3.3V和5V的最大輸出電流均為5A，15V的最大輸出電流為0.3A，這3組輸出電壓的轉換效率均大于95％。該集成電路內部集成了MOSFET管驅動電路，可同時驅動變換器的開關管和同步整流管。3.3V和5V電壓的輸出與否可分別由外加電平控制。MAX782的典型應用電路如圖4-20所示。圖4-20MAX782的典型應用電路MAX782各腳功能及工作原理如下：

腳為5V基準電壓輸出端。腳為3.3V基準電壓輸出端。為了使內部取樣放大器正常啟動，⑤腳的啟動電壓由3.3V經(jīng)R15提供。在應用電路中，3.3V和5V的輸出是相互獨立的兩部分。開關管VT1和L1等組成3.3V降壓變換電路，當VT1導通時,電池電壓經(jīng)VT1向L1存儲能量；當開關管截止時，續(xù)流二極管V3導通，L1的儲能向C7、C16充電，為負載供電。V3導通的同時，同步整流管VT3導通，其D-S極的電阻只有0.3MΩ，并聯(lián)于VS3兩端，減小了續(xù)流路的正向壓降，提高了效率。MAX782內部設有完整的它激式驅動電路、PWM控制電路、輸出取樣和誤差放大器。、腳接開關管VT1，其中低電位端腳必須與VT1源極等電位，因此腳外接V1與C5組成自舉電路，以提高腳的直流電位。MAX782腳輸出的脈沖驅動同步整流管VT3，其低電位點為共地。、腳輸出的兩組驅動脈沖均為正極性，以驅動N溝道功率MOSFET管VT1、VT3。為了使VT1、VT3輪換導通，兩組驅動脈沖有一時間差，即VT1先導通，L1存儲能量，只有在VT1截止后，VT3才能導通，L1的儲能向負載電路釋放。很明顯，不允許VT1、VT3有即使是瞬時的同時導通，為此MAX782內部設有防止共態(tài)導通的控制電路，使兩組驅動脈沖的交替處有適當?shù)乃绤^(qū)時間。、腳為過流檢測輸入端，由R1兩端壓降來檢測負載電流，當UR1大于100mV時，內部過流保護電路將減小脈寬，若連續(xù)過流，則關斷驅動脈沖。腳同時作為輸出電壓的取樣輸入端，在內部與3.3V基準電壓進行比較，通過控制驅動脈沖的寬度，以穩(wěn)定輸出電壓。

該集成電路的L2設有附加繞組，由V2整流、C6濾波得到15V直流電壓，再由⑩腳輸入內部輔助PWM控制系統(tǒng)。MAX782腳內部為200～300kHz振蕩器，主要由R17設定振蕩頻率，同時可由腳引入外同步信號,使振蕩頻率與外系統(tǒng)時鐘同步，避免引入脈沖干擾。①、腳為兩路輸出電壓的控制端，高電平為工作狀態(tài)，低電平為等待狀態(tài)。、腳外接有兩只0.01μF軟啟動電容，其設定的軟啟動時間約為9ms。4.3.5LTC1149電路

LTC1149系列電路是電源管理集成電路，輸出電壓為(4-3)LTC1149的典型應用電路如圖4-21所示。LTC1149的開關管使用P溝道MOSFET管，而同步整流管則使用N溝道MOSFET管。圖4-21LTC1149的典型應用電路LTC1149各腳功能如下：

①腳(PGATE)為開關管驅動輸出端。

②腳(Vin)為輸入電壓。

③、⑤腳(VCC)內接基準電壓，外接旁路電容。

④腳(PDRIVE)為開關管驅動電路自舉升壓輸出端。

⑥腳(Ct)外接振蕩電路定時電容。

⑦腳(Vfb)為取樣放大器輸出端，外接相位補償電路。

⑧腳(SENSE－)和⑨腳(SENSE+)為過流保護輸入端，⑧腳內設取樣分壓電路。⑩腳(SHDN1)和腳(SHDN2)為LC控制端，低電平為工作狀態(tài)，高電平時輸出被關斷。

腳(Ith)為控制系統(tǒng)接地端。

、腳(GNDS)為驅動級接地端。

腳(NGATE)為同步整流器驅動脈沖輸出端。

腳(CAP)為軟啟動控制端，接通電源瞬間為基準電平，隨外接電容充電電流的減小而成為低電平，集成電路進入額定PWM控制狀態(tài)。4.4特殊用途開關電源

利用開關電源的基本原理，可以開發(fā)出多種特殊用途的開關電源。目前的顯示設備，已將變換器加入PWM系統(tǒng)，成為高壓輸出的開關穩(wěn)壓器。隨著計算機技術的發(fā)展，對顯示器的要求越來越高，所以目前這種輸出為20kV以上的超高壓開關電源已被用于微機顯示器和某些高檔CRT投影機中，不但使顯示器的性能有了大幅度提高，而且在保護陽極電壓較高的投影管方面也有著重要作用。4.4.1顯示設備的超高壓穩(wěn)壓電源

某些顯示器采用CRT獨立供電方式，行掃描電路只向行偏轉線圈提供掃描電流，并向鉗位電路和消隱電路提供作為行頻基準的行逆程脈沖，另設獨立的超高壓和中壓供電并具有穩(wěn)壓功能的變換器向CRT提供電壓。CRT供電系統(tǒng)共由PWM脈沖控制系統(tǒng)、逆程變換系統(tǒng)和保護系統(tǒng)三部分組成，如圖4-22所示。

它激式開關電源脈沖驅動控制器TDA8380A可組成變脈寬驅動和控制系統(tǒng)，產(chǎn)生驅動脈沖，由A點輸出，驅動開關管，控制變換器的脈沖變壓器存儲能量的大小，以調整次級的高壓輸出。TDA8380A內部含有獨立振蕩電路，由外接定時電容設定基本振蕩頻率f0。振蕩器設有外同步輸入端，當輸入頻率高于f0的負極性同步信號時，振蕩器可以同步于最高

100kHz的外同步信號。一旦振蕩頻率設定后，振蕩脈沖的占空比便受PWM電路的控制，使驅動脈沖占空比在48％以內改變。占空比可變的脈沖經(jīng)觸發(fā)器整形，由驅動電路輸出兩路時序不同的調寬脈沖。兩路驅動輸出采用集電極和發(fā)射極均開路的輸出方式，增加了應用的靈活性。如果兩路輸出采用并聯(lián)形式，由A管集電極和B管發(fā)射極并聯(lián)輸出，則輸出的是極性相同、時序不同的占空比加倍的驅動脈沖，這種驅動方式使最大占空比變化范圍增大至近98％，適用于驅動單端開關電路。圖4-22PWM脈沖控制和保護系統(tǒng)如果兩路輸出分別由A管發(fā)射極和B管集電極輸出，則輸出的是極性相同、時序不同且有一定死區(qū)時間的驅動脈沖，這種方式適用于驅動推挽式開關電路。兩驅動管由外電路獨立供電，使驅動器容易實現(xiàn)驅動電平移位，而無需驅動變壓器隔離。若A管和B管都由同一電極輸出，則輸出極性相反的驅動脈沖，這種方式適用于驅動互補推挽開關電路。TDA8380A內部還設有過零檢測電路，對脈沖變壓器感應電壓取樣。當感應電壓下降到0V時，脈沖變壓器磁能已釋放完畢，過零檢測電路通過鎖定電路的復位使雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器接受振蕩脈沖的觸發(fā)，輸出下一周期的驅動脈沖。這就避免了脈沖變壓器能量未釋放完前，因開關管連續(xù)導通而引起脈沖變壓器磁飽和，導致電感量下降造成開關管的過熱擊穿。TDA8380A內部取樣比較器的同相輸入端接有內部提供的2.5V基準電壓，其反向輸入端通過外取樣分壓電路得到取樣電壓。TDA8380A內部還設有一系列保護電路，即電源過壓和欠壓保護輸入、過流保護輸入和開機軟啟動控制等。TDA8380A各引腳功能如下：

①、②腳分別接A路驅動管的發(fā)射極和集電極。當②腳接+VCC時，①腳輸出正向驅動脈沖。如果將①腳接地，②腳外接負載電阻供電，則②腳輸出負極性驅動脈沖。

③腳為過零檢測輸入端，引入過零檢測脈沖。當脈沖在上升沿和持續(xù)期間時，通過鎖定電路關閉雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，A、B兩路將無輸出，而在脈沖下降沿時內部觸發(fā)器復位。④腳為VCC欠壓和過壓取樣輸入端。在實際電路中，④腳和⑤腳的供電端并聯(lián)，對VCC取樣。也可以通過取樣分壓器對輸入整流電壓取樣，實現(xiàn)輸入市電的過壓和欠壓保護。

⑥腳為2.5V基準電壓輸出端，用作內部保護電路和誤差比較器的基準電壓。外接入誤差1％的電阻，使基準電壓穩(wěn)定。

⑦腳為取樣比較器反向輸入端，引入開關電源次級取樣電壓。當次級輸出電壓升高時，比較器輸出端⑧腳輸出電壓降低，使驅動脈沖占空比減小，達到輸出電壓的穩(wěn)定。

⑨腳為脈寬調制器控制輸入端，由⑧腳引入。當⑨腳電壓降低時，占空比減小。⑩腳外接定時電容C622，與內電路的定時電阻設定振蕩器的基準頻率f0。

腳為外同步輸入端，輸入負極性同步脈沖，可以在大于f0和小于100kHz的范圍內使振蕩器同步。

腳為軟啟動控制端，外接電容C621。開機瞬間C621通過內電路充電，使⑩腳輸出低電平，通過PWM電路使占空比為最小。隨C621充電電壓上升，占空比由10％上升為額定值。電阻R640為關機后C621提供放電通路，以使下次開機前軟啟動電路復位。

腳為過流保護輸入端，直接控制雙穩(wěn)態(tài)電路。當該腳輸出高電平時，關閉雙穩(wěn)態(tài)電路，實現(xiàn)保護。

腳為接地端(－VCC)。

、腳分別接B路驅動管的發(fā)射極和集電極，與①、②腳作用相同。4.4.2行脈沖驅動超高壓變換器

為了改善圖像效果，同時延長投影管的壽命，可以采用另一種脈寬控制方式穩(wěn)定超高壓。在這種方式中，超高壓變換器和行掃描輸出級是各自獨立的，共用驅動脈沖信號源。其特點是，超高壓變換器的驅動脈沖信號源仍沿用行驅動脈沖，而在脈