【正文】 出電壓不變，并且 V0V1。 第一章 多路輸出式單片電源開關(guān)的原理與應(yīng)用 6 LM2673 降壓式模塊的應(yīng)用 眾所周知，采用集成工藝是無法將大量的電容器、電位器磁芯電感器、高頻變壓器、整流器等集中在芯片中的。因此，自行研制開關(guān)電源時不僅要選擇芯片，還必須考慮到芯片之間、芯片與外圍電路之間的接線并設(shè)計好印刷電路，最后完成安裝調(diào)試工作。這就給用戶帶來了諸多不便。若采用開關(guān)電源模塊，上述問題則可迎刃而解。 LM2673 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種微型降壓式 DC/DC 變換器模塊，通過各家生產(chǎn)制造廠商的預(yù)先設(shè)定，實現(xiàn)了使外部元件最小化的完整設(shè)計方案。其輸入電壓范圍為 8V~40V，最大電源電壓 45V。輸出電壓為 3V、 5V、 12V（固定輸出電壓型號）和 ~37V（輸出電壓可調(diào)型號），輸出電流為 100mA~3A。功耗由內(nèi)部限定，轉(zhuǎn)換效率在 94%以上。它采用脈寬調(diào)制式（ PWM），具有限流保護(hù)、軟啟動、欠壓鎖定等多種保護(hù)功能。正常輸 出時的靜態(tài)工作電流為 ，在關(guān)斷模式下減至 A，輸出電壓亦降至零伏。在全程及負(fù)載條件，可調(diào)輸出 電壓在 177。 2%范圍浮動，運行溫度范圍為 ?40~+125℃。 LM2673 采用標(biāo)準(zhǔn)的 TO220 封裝，見圖 。其擁有 1 輸出開關(guān)（ Switch Output）、2 輸入（ Input）、 3 增壓（ C Boost）、 4 接地（ Ground）、 5 整流（ Current Adjust）、 6反饋（ Feedback）、 7 軟啟動（ Softstart）共 7 個管腳。下面分別簡單介紹其功能。 表 1 LM2673 的一些工作參數(shù) 名稱 范圍 單位 最大電源電壓 45 V 軟啟動管腳電壓 ~6 V 開關(guān)接地電壓 1~VIN V 升壓管腳電壓 VSW+8 V 反饋管腳電壓 ~14 V 功耗 由內(nèi)部限定 — 靜電釋放 20xx V 儲存溫度范圍 60~150 ℃ 焊接時的管腳溫度 波峰焊（ 4秒） 260 ℃ 紅外線焊接（ 10秒 ) 240 ℃ 氣流焊（ 75秒） 219 ℃ 工作條件 電源電壓 8~40 V 接點溫度范圍 40~125 ℃ 熱阻（ QJR） 30 ℃ /W 熱阻（ QJC） 2 ℃ /W 第一章 多路輸出式單片電源開關(guān)的原理與應(yīng)用 11 管腳 1：輸出開關(guān)（ Switch Output） 功率金屬氧化物（半導(dǎo)體）場效應(yīng)晶體管 開關(guān)的輸出端直接與輸入電壓相連。此開關(guān)為一個電感器、一個輸出電容以及一個脈沖寬度調(diào)制器（ PWM）控制下的負(fù)載電路提供能量。 這個脈沖寬度調(diào)制器使用一個固定頻率為 260kHz的振蕩器完成內(nèi)部計時。在標(biāo)準(zhǔn)降壓應(yīng)用中，開關(guān)電源的工作周期（ Time ON/Time OFF）與電源輸出電壓和輸入電壓之間的比值成正比例關(guān)系。管腳 1的電壓通過外置肖特基二極管的壓降（ Switch OFF）在輸入電壓 Vin（ Switch ON）與接地之間變換。 管腳 2：輸入 (Input） 電源的輸入電壓與管腳 2相連。除了給負(fù)載提供能量之外，輸入電壓也為 LM2673的內(nèi)部電路提供偏置電壓。為了實現(xiàn)所有額定性能，輸入電壓的浮動范圍必須在 8V到 40V之間。為實現(xiàn)電源的最佳性能，輸入管腳應(yīng)當(dāng)總是與一個設(shè)置在管腳 2附近位置的輸入電容相旁通。 管腳 3： C增壓（ C Boost） 在管腳 3與管腳 1（輸出開關(guān)）之間必須連接一個電容，這個電容增壓門驅(qū)動到半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，當(dāng)電壓在輸入電壓之上時則完全導(dǎo)通，在開關(guān)電源上實現(xiàn)最小傳導(dǎo)損耗以維持高能效。其中 C Boost的推薦值為 F。 管腳 4：接地（ Ground） 是電源中所有元件的接地參考連接。在快速開關(guān)中，例如使用 LM2673的大電流應(yīng)用時，建議使用大面積接地層來 減小分布在電路上的信號耦合。 管腳 5：整流（ Current Adjust) LM2673的一個關(guān)鍵性特性是用來調(diào)節(jié)開關(guān)峰值電流上限使之達(dá)到符合特殊應(yīng)用要求的水平，它可以降低使用外置元件時必須完全符合額定電流水平的要求（例如在第一章 多路輸出式單片電源開關(guān)的原理與應(yīng)用 11 短路條件下），使得這個電流水平可以比正常電路的操作電流的要求出高很多。 一個電阻器將管腳 5與接地連接起來，它可以得到一個確定的電流（ I(pin 5) = / RADJ），該電流可產(chǎn)生一個通過電源開關(guān)的峰值電流，最大開關(guān)電流固定在 37,125 / RADJ的水平上。 管腳 6：反饋（ Feedback） 電源的實際輸出相接以獲得一個直流輸出電壓。由于具有穩(wěn)定的電壓輸出驅(qū)動（ 、 12V輸出）， LM2673芯片內(nèi)部在被要求提供內(nèi)部增益設(shè)定電阻的同時也提供與輸出相接的直流線路。在可調(diào)節(jié)輸出版本中，兩個外置電阻被要求提供直流輸出電壓。通過電源的穩(wěn)定操作來阻止流向反饋輸入端的一些電感耦 合是十分重要的。 管腳 7：軟啟動（ Softstart） 一個連接著管腳 7與接地的電容器提供了一個緩慢增加的開關(guān)調(diào)節(jié)器，該電容用來提供一 個時間延遲，以逐漸增加內(nèi)部開關(guān)電源的工作周期，這樣做可以顯著地減少輸入電源在輸入電壓的突變中所產(chǎn)生的浪涌電流量。如果不要求軟啟動的話，該管腳應(yīng)該被斷開。 開關(guān)電源的輸入電路 輸入整流器 在選擇組合元件和分立元件時，設(shè)計者必須要查對下面一些重要的技術(shù)參數(shù)。 （ 1）最大正向整流電流。這個參數(shù)主要根據(jù)開關(guān)設(shè)計的輸出功率決定。所選擇的整流二極管的穩(wěn)態(tài)電流容量至少應(yīng)是計算值的 2 倍。 （ 2）峰值反向截止電壓（ PIV）。由于整流器工作在高電壓的環(huán)境，所以它們必須具有較高的 PIV 值 。一般應(yīng)在 600V 以上。 （ 3）要有承受高的浪涌電流的能力。浪涌電流是由開關(guān)導(dǎo)通時的峰值電流所產(chǎn)生的。 第一章 多路輸出式單片電源開關(guān)的原理與應(yīng)用 15 輸入濾波電容 正確地選擇和計算整流濾波電容是十分重要的，因為它將影響到下列的一些性能指標(biāo)：電源輸出端的低頻交流波紋電壓和輸出電壓保持時間。一般情況下，高質(zhì)量的電解電容器所具有的濾除交流波紋電壓的能力越強(qiáng)，它的 ESR 值就越低。其工作電壓的額定值至少應(yīng)達(dá)到 200V。 計算濾波電容的公式如下： ItC V? （ 11） 公式中， C：電容量， F； I：負(fù)載電流， A； t：電容提供電流的時間， s。 Δ V：所允許的峰 峰值紋波電壓， V。 開關(guān)電源的輸出電路 一般情況下，開關(guān)電源的一路或多路輸出電壓通常都是直流低電壓，具有一定的輸出功率，用來驅(qū)動其他電子電路。大多數(shù)輸出電壓為 ?5V、 12V、 ?15V、 24V等等，輸出功率一般為幾瓦到幾千瓦。 開關(guān)電源的大多數(shù)輸出電路，都是對高頻變壓器次 級的高頻方波電壓進(jìn)行整流濾波。為了獲得高質(zhì)量的直流輸出電壓，所以需要一些特殊的元器件，如肖特基勢壘整流二極管、超快恢復(fù)整流二極管，低 ESR 值的電解電容以及存儲能量的電感，以便產(chǎn)生低噪音的輸出電壓，從而滿足電路的需求 整流輸出和濾波電路 開關(guān)電源的輸出整流和濾波電路取決于設(shè)計者所選擇的電路類型。一般在反激式變換器中所使用的輸出電路，在反激式變換器電路中，因為變壓器 T1 還起存儲能量的電感作用，所以二極管 VD1 和電容器 C1 是產(chǎn)生直流輸出電壓的整流濾波元件。在第一章 多路輸出式單片電源開關(guān)的原理與應(yīng)用 15 實際應(yīng)用電路中，還經(jīng)常插入一個附加的 LC 濾波網(wǎng)絡(luò)。其作用是使輸出電壓更加平滑。在實際設(shè)計中， L 和 C 的取值及物理尺寸一般均很小。 在任何開關(guān)電源的輸出電路設(shè)計中，都應(yīng)嚴(yán)格選擇整流二極管和續(xù)流二極管的反向截止電壓，使之反向耐壓能夠達(dá)到設(shè)計要求的最小值。對于反激式變換器電路，整流二極管 VD1 的反向截止電壓值至少應(yīng)等于 *（ NS/NP）。 正激式變換器的輸出電路與反激式的相比較，其明顯區(qū)別是在電路中增加了一個二極管 VD2，我們稱之為續(xù)流二極管。在平滑濾波電容 C1 前面，還增加了電感 L1。 在驅(qū)動晶體管截止期間，由二極管 VD2 給輸出端提供電流，因此，把二極管 VD1和 VD2 結(jié)合起來使用，就可以在整個變化周期都能為輸出端提供全波電流輸出。而它們的反向截止電壓是相同的（即至少應(yīng)等于 *NS/NP)。 推挽式、半橋式、全橋式變換器的輸出電路中，由于二極管 VD1 和 VD2 都給輸出端提供半周期的電流，所以它們分擔(dān)這相等的負(fù)載電流。有意思的是，它不需要續(xù)流二極管，因為當(dāng)一個二極管截止時，另一個二極管就起到續(xù)流的作用。 但是，對于 二 極 管 的 反 向 截 止 電 壓 參 數(shù) 的 要 求 就 提 高 了 ， 它 的 最 小 值 應(yīng) 為 ：*。 功率整流器的特點 在開關(guān)電源中，所需的整流二極管必須具有正向壓降低、快速恢復(fù)的特點，還應(yīng)具有足夠的輸出功率。普通的 PN 結(jié)二極管不適于作為開關(guān)使用。這主要是因為它們恢復(fù)速度慢，并且效率也低。在開關(guān)電源中，可以使用以下三種類型的整流二極管： （ 1）高效快速恢復(fù)二極管； （ 2）高效超快恢復(fù)二極管； （ 3）肖特基勢壘整流二極管。 圖 表示的是這三種整流二極管的正向特性。 肖特基勢壘整流二極管（見圖 中曲線 a）展示的正向壓降 VF為最小 ，因此第一章 多路輸出式單片電源開關(guān)的原理與應(yīng)用 17 它的效率也最高。下面我們具體討論這三種類型整流管的差異及使用價值。 。 快速恢復(fù)（見圖 曲線 c）和超快恢復(fù)二極管（見圖 曲線 b）具有適中和較高的正向壓降。其范圍是從 ~。這兩種整流管還具有較高的截止電壓參數(shù)。因此，它們特別適合于在輸出小功率，電壓在 12V 左右的輔助電源電路中的使用。 由于現(xiàn)代的開關(guān)電源頻率都在 20kHZ 以上，比起一般的整流二極管，快速恢復(fù)二極管和超快恢復(fù)整流二極管的反向恢復(fù)時間減小到了 ns 級。因此，大大提高了電源的效率。 經(jīng)驗告訴我們，在選擇快速恢復(fù)整流二極管時，其反向恢復(fù)時間參數(shù) trr 至少應(yīng)該比開關(guān)晶體管的上升之間低三倍。 這兩種整流二極管還減小了開關(guān)電壓尖峰。而這種尖峰直接影響輸出直流電壓的波紋。雖然某些“軟”恢復(fù)型整流二極管的噪音較小，但是它們的反向恢復(fù)時間 trr較長，反向電流 IRM 也較大。因此使得開關(guān)損耗增大。 圖 說明的是快速恢復(fù)型與“軟”恢復(fù)型二極管的特性。 波形（ a）描述的是整流二極管在特定斜率 di/dt 條件下，從正向?qū)ǖ椒聪蚪刂箷r期的波形，圖中的圓圈部分是 反向恢復(fù)部分； 波形（ b）描述的是快速恢復(fù)型整流二極管的反向恢復(fù)部分； 波形（ c）描述的是“軟”恢復(fù)型二極管的反向恢復(fù)部分。 第一章 多路輸出式單片電源開關(guān)的原理與應(yīng)用 17 從圖 可見兩種不同類型的整流管的 trr 和 IRM 數(shù)值有著明顯的區(qū)別。 快速恢復(fù)整流二極管和超快恢復(fù)整流二極管在開關(guān)電源中作為整流器使用時，是否需要散熱器，要根據(jù)電路的最大輸出功率來決定。一般情況下，這些二極管在制造時允許的結(jié)溫在 175℃左右。生產(chǎn)廠家對其產(chǎn)品都有技術(shù)說明，提供給設(shè)計者去計算最大的輸出工作電流、電壓、及外殼溫度等。 流二極管 圖 揭示了肖特基勢壘整流