单片开关电源

第4章 单片开关电源

4.1 典型单片开关电源4.1.1 LM25××系列单片开关电源

1. 可调五端单片开关电源LM2576ADJLM2576ADJ为一种典型的单片开关电源，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%。

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LM2576ADJ的内部结构见图4-1。其内部有基准电压稳压器输出的1.24 V基准电压，独立的振荡器输出52 kHz的固 定频率脉冲，在比较器内部与误差放大器输出完成脉宽调制， PWM脉冲经与门控制输出与之脉宽相同的矩形波；输出驱 动器设有关断电路，由⑤脚开关电平进行控制，通过此功能 可实现输出过压、 过流保护。芯片内还设有超温保护，若 芯片内部温度大于125℃,则自动关断驱动输出。 LM2576ADJ输出电压可调；当负载电流为1 A时，脉冲纹波 小于20 mV,输出阻抗不大于0.1 Ω;芯片和散热器支架热阻 为2℃/W。为了使稳压器正常工作，最小负载电流不大于 100 mA。

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图4-1 LM2576ADJ的内部结构

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2. LM2576ADJ的应用LM2576ADJ的典型应用电路如图4-2所示。 LM2576ADJ各脚功能如下：

①脚为直流电压输入端，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脚为脉冲输出端，最大输出5.8 A的调宽脉冲。在正 脉冲持续期，二极管V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V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。

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图4-2 LM2576ADJ的典型应用电路

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③脚为输入/输出级共地端。④脚为脉冲宽度控制端。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R3+R4、 R1组成输出 电压取样分压器，通过调整R3(细调)和R4(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Ui Uo R1 1.23V R3 R4

(4-1)

当输入电压和负载变动时，④脚电压可以在1.217~1.243 V之间变化，以稳定输出电压。

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⑤脚为待机控制端。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，电容量在0.1~0.33 μF之间。

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3. 单片开关电源LM2577ADJ升压型单片开关电源LM2577ADJ与LM2576ADJ的内部

电路几乎相同，其最高输出电压为60 V,内部开关管为NPN型，UCEO>65 V,ICEO>3 A,最大输出电流为1 A。其输入输 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。其应用电路如图4-3所示。

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图4-3 LM2577ADJ的应用电路

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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C充电。随C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、 C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。 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。

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4.1.2 L49××系列单片开关电源大电流它激式单片开关集成电路大多采用LDC降压方式，

在保证输出大电流的同时，尽量达到最高效率和可靠性以及最少的外接元件。L49××系列是比较典型的集成化低压大 电流稳压器，其中L4962输出最大电流为1.5 A,L4960输出 最大电流为2.5 A。

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1. L4962组成的可调稳压开关电源电路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：f 1 RTCT

(4-2)

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式中的单位是，f为kHz,RT为kΩ,CT为μF。当L4962的工作频率要求在50 kHz以上时，CT在1000~3300 μF之间选择， RT在1~27 kΩ之间选择。频率过低，滤波电容体积将增大， 纹波率也将增大。 L4962的应用电路如图4-4所示。这是一个5~15 V连续

可调稳压开关电源电路，输入电压经C1滤波，进入⑦脚，R4、14 R3组成反馈电路。脚接R2、 C3并联电路，确定工作频

率。脚接电容C4,使电源具有软启动功能，

C4若为 15 2.2 μF时，软启动时间约为100 ms。②脚为输出端，通过调 整取样分压器R3/(R4+R3)可设定输出电压。

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图4-4 L4962的应用电路

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2. W296组成的降压开关电源电路W296与L4962工作原理相似，最大输出电流可达4 A, 最高输入电压、 开关管工作电压可达到50 V以上，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,此举使 储能电感和滤波电容的体积大为缩小。 图4-5示出了由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。为了有

足够的取样稳定率，选用R2+R3≤10 kΩ,因此得到R3/10kΩ=5 V/Uo。如果要求Uo=5 V,可不用R2、 R3,输出电压 Uo直接输入⑩脚即可。

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图4-5 W296组成的降压开关电源电路

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图4-5中有两个过压保护电路：第一个是用于输出电压的过压保护电路，①脚从5 V输出端取样,当输出电压超出5 V时， 脚输出高电平， 15 经V2送入⑥脚，使电源关断; 第二个是有延迟时间动作的保护，用于输

入电压过压保护, 虽然W296允许输入电压为10~40 V,但如果降压输出电压为5 V,最好限定输入电压，以便在开关管功耗允许范围内向负载 提供最大电流。因此图4-5电路中将输入电压限定于10~15 V。电阻R1、 R2对Ui分压送入 脚。当Ui>15 V时，脚内部保护电路动作而开路， 12 14  脚通过R3得到高电平，同时经V1送入⑥脚，开关电源驱动脉冲被关 14

13 断。脚外接电容使 脚输出高电平延迟100 ms,在输入电压为输 14入降压整流时，以免瞬间电压升高使电路误动作。

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3. W296Z组成的延迟动作保护电路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所示为由W296Z组成的延迟动作保护电路。 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，VT立即导通，其集电极输出高电平经12 14 V3送入 脚，脚输出延时后，通过V1输入⑥脚, 启动13 保护电路。为了使短路保护动作更快，脚外接C1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。

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图4-6 W296Z组成的延迟动作保护电路

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该系列单片开关电源也可变通用于升压变换、 外接扩流开关管扩流、 极性反转等开关电源中，应用时只需注意 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自己需要的电路。

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4.1.3 它

激式低压单片开关电源MC78S40它激式降压开关电源与自激式不隔离降压开关电源的区 别是，前者由专用集成化器件控制开关管导通期的能量存储 过程。MC78S40就是一种典型的集成器件，图4-7是 MC78S40的内部电路以及由其组成的5 V/3 A开关稳压器。 其内部包括振荡器、 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。 其技术指标如下：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±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。

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