以L4970A芯片为核心的一种稳压电源

以L4970A芯片为核心的一种稳压电源(一)

1 引言

由于开关稳压电源具有体积小、重量轻、高效节能、输入电压范围宽、适应范围广、保护功能全等特点,已广泛应用于电子产品的各个领域。在此给出一种基于L4970A芯片实现的具有双路10A输出的电压可调型开关稳压电源。

L4970A大功率PWM开关稳压电源芯片是意法公司(SGS－Thomson)的第二代新品,它的最大特点是直接输出10A大电流、具有过流过热软起动等完备的保护功能,因而用它实现的电源简单可靠。下面首先给出该芯片的主要性能特点、封装和关键外围元件参数选择等,重点介绍由该芯片实现的双路10A输出电压可调的开关稳压电源工作原理、具体电路、调试安装和注意事项等。

2 L4970A简介

2.1 主要性能指标和特点

L4970系列是意法公司继L4960系列之后新推出的单片开关式稳压器。它是采用DMOS开关功率管、混合式CMOS、双极型晶体管等集成电路制造新工艺研制而成,L4970A是其中的代表。

其主要性能特点如下：

(1)输出电流大,最大可达10A,适宜制作200～400W大功率单片开关稳压电源。

(2)开关频率高,可达400kHz,常选200kHz(允许±20kHz偏差),从而提高电源效率,减小滤波电感体积。

(3)输入输出压差低,可降到1.1V左右,自身耗能低,电源效率高。对于Ui=50V,Uo =40V,Io=10A的电源,效率可达92.5％。

(4)输入电压范围宽,正常值（15～50）V,极限值为（11～55）V。输出电压控制灵活,可在（5.1～40）V范围内连续调整。若直接从U0反馈,可得到固定5.1V 输出。典型电压调整率SV=5mV,负载调整率SI=15mV,输出纹波ΔU=30mV,纹波抑制比为60dB。最大限流值由内部电路限定。

(5)除软起动、限流保护、过热保护等完善的保护电路外,还增加了欠压锁定、P WM锁存、掉电复位等电路。

(6)误差放大器开环增益大于60dB,电源电压抑制比PMRR=80dB,输入失调电压2mV。

2.2 管脚功能

L4970A采用SIP－15封装,管脚排列如图1所示,内部原理框图如图2所示。各管脚功能如下：

1脚和2脚：分别接锯齿波振荡器外部定时电阻RT和电容CT。

3脚：复位输入端,接内部复位和掉电电路,此端电压需设定成5.1V,可通过电阻分压器接Ui或Uo,监视Ui或Uo是否掉电。若不用,须经30kΩ电阻接15脚。

4脚：复位输出端,集电极开路输出,常态下输出呈高电平,当Ui5脚：复位延迟端,外接复位电容Cd,以决定复位信号的延迟时间。

6脚：自举端,经自举电容Cb接至Uo,可提升功率驱动级的电压,增加驱动DMO S开关功率管的能力,获得大电流输出。

7脚：输出端Uo,固定输出5.1V,可调输出时需外接电阻分压器给11脚。

8脚：公共地GND与小散热器连接。

9脚：输入端Ui。

10脚：频率补偿端,外接RC网络,对误差放大器进行补偿。

11脚：反馈输入端,直接接Uo时输出电压Uo为固定5.1V,如果经分压器时Uo 可获得40V以下的输出电压。

12脚：软起动端,外接起动电容Cs,以决定软起动时间。

13脚：同步输入端,用于多片同时使用。

14脚：内部5.1V基准电压输出端。

15脚：驱动级起动电路的引出端,接内部12V基准电压。

标签：电源开关电源线性电源 LDO

稳压电源原理概述

线性稳压电源和开关电源最大的区别是线性稳压电源中管子(无论是双极型还是MOSFET)工作于线性状态，而开关电源中管子工作于开关状态。线性稳压电源和开关电源也因此而得名。

线性电源原理

线性稳压电源，是指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源。调整管工作在线性状态下，可这么来理解：RW（见下面的分析）是连续可变的，亦即是线性的。而在开关电源中则不一样，开关管（在开关电源中，我们一般把调整管叫做开关管）是工作在开、关两种状态下的：开——电阻很小；关——电阻很大。工作在开关状态下的管子显然不是线性状态。

线性稳压电源是比较早使用的一类直流稳压电源。线性稳压直流电源的特点是：输出电压比输入电压低；反应速度快，输出纹波较小；工作产生的噪声低；效率较低(现在经常看的LDO就是为了解决效率问题而出现的)；发热量大（尤其是大功率电源），间接地给系统增加热噪声。

我们先用下图来说明线性稳压电源调节电压的原理。如图1所示，可变电阻RW跟负载电阻RL组成一个分压电路，输出电压为：Uo=Ui×RL/(RW+RL)，因此通过调节RW的大小，即可改变输出电压的大小。请注意，在这个式子里，如果我们只看可调电阻RW的值变化，Uo的输出并不是线性的，但如果把RW和RL 一起看，则是线性的。还要注意，我们这个图并没有将RW的引出端画成连到左边，而画在右边。虽然这从公式上看并没有什么区别，但画在右边，却正好反映了“采样”和“反馈”的概念----实际中的电源，绝大部分都是工作在采样和反馈的模式下的，使用前馈方法很少，即使用了，也只是辅助方法而已。

图3 低压差线性稳压器基本电路

其主要应用场合如图4所示。(a)所示电路是一种最常见的AC/DC电源，交流电源电压经变压器后，变换成所需要的电压，该电压经整流后变为直流电压。在该电路中，低压差线性稳压器的作用是：在交流电源电压或负载变化时稳定输出电压，抑制纹波电压，消除电源产生的交流噪声。各种蓄电池的工作电压都在一定范围内变化。为了保证蓄电池组输出恒定电压，通常都应当在电池组输出端接入低压差线性稳压器，如图 (b)所示。低压差线性稳压器的功率较低，因此可以延长蓄电池的使用寿命。同时，由于低压差线性稳压器的输出电压与输入电压接近，因此在蓄电池接近放电完毕时，仍可保证输出电压稳定。众所周知，开关性稳压电源的效率很高，但输出纹波电压较高，噪声较大，电压调整率等性能也较差，特别是对模拟电路供电时，将产生较大的影响。在开关性稳压器输出端接入低压差线性稳压器，如图(c)所示，就可以实现有源滤波，而且也可大大提高输出电压的稳压精度，同时电源系统的效率也不会明显降低。在某些应用中，比如无线电通信设备通常只有一足电池供电，但各部分电路常常采用互相隔离的不同电压，因此必须由多只稳压器供电。为了节省共电池的电量，通常设备不工作时，都希望低压差线性稳压器工作于睡眠状态。为此，要求线性稳压器具有使能控制端。有单组蓄电池供电的多路输出且具有通断控制功能的供电系统如图(d)所示。

图4 低压差线性稳压器(LDO)典型应用

在开关闭合期间，电感存储能量；在开关断开期间，电感释放能量，所以电感L叫做储能电感。二极管D在开关断开期间，负责给电感L提供电流通路，所以二极管D叫做续流二极管。在实际的开关电源中，开关K由三极管或场效应管代替。当开关断开时，电流很小；当开关闭合时，电压很小，所以发热功率U×I就会很小。这就是开关电源效率高的原因。

开关稳压器使用输出级，重复切换“开”和“关”状态，与能量存贮部件（电容器和感应器）一起产生输出电压。它的调整是通过根据输出电压的反馈样本来调整切换定时来实现的。在固定频率的稳压器中，通过调节开关电压的脉冲宽度来调节切换定时，这就是所谓的 PWM 控制。在门控振荡器或脉冲模式稳压器中，开关脉冲的宽度和频率保持恒定，但是，输出开关的“开”或“关”由反馈控制。根据开关和能量存贮部件的排列，产生的输出电压可以大于或小于输入电压，并且可以用一个稳压器产生多个输出电压。在大多数情况下，在同样的输入电压和输出电压要求下，脉冲（降压）开关稳压器比线性稳压器转换电源的效率更高。

通俗来讲，其实DC-DC内部是先把DC直流电源转变为交流电电源AC。通常是一种自激震荡电路，所以外面需要电感等分立元件。然后在输出端再通过积分滤波，又回到DC电源。由于产生AC电源，所以可以很轻松的进行升压跟降压。两次转换，必然会产生损耗，这就是大家都在努力研究的如何提高DC-DC效率的问题。

常见的用于开关电源的芯片有：TL494，LM2575，LM2673，34063，51414等等。