L4970A大功率單片集成開關電源原理與使用

L4970A系列大功率單片集成開關電源是ST公司繼L4960系列之后推出的第二代產品。電路的特點是：采用DMOS開關功率管、混合式CMOS/雙極型晶體管等集成電路制造新工藝研制而成;輸出電壓在5.1V～40V范圍內繼續可調;通過自舉電容可獲得大電流輸出;利用掉電復位電路能實時地向微機發出信號，監視系統電源的工作狀態。

1工作原理

L4970A的原理框圖如圖1所示(注：引腳序號適用于L4970A/4975A/4977A)。其內部功能電路緊要包括基準電壓源，鋸齒波發生器，內置40kHz振蕩器，欠壓測試與過熱保護電路，誤差放大器，比較器，pWM鎖存器，或非門，觸發器(由兩級或門構成),驅動級，DMOS開關功率管，限流比較器，軟啟動電路，掉電復位電路。其中內部基準電壓源能輸出兩路基準電壓，一路是VREF=5.1V,供設定輸出電壓V0值用;另一路為VSTART=12V,它與自舉電路相配合，可將驅動級的電源電壓提升12V。誤差放大器的開環電壓增益AVO>60dB,電源電壓抑制比pMRR=80dB,輸入失調電壓為2mV。

圖1L4970A原理框圖

1.1L4970A系列的導通閾值電壓

導通閾值電壓VON=11V,并有1V的滯回電壓。為保證芯片能可靠工作，要求最低輸入電壓VL>11V,一般取VImin15V。為了給DMOS開關功率管供應足夠大的驅動電壓，采用了自舉升壓方式。利用內部的12V基準電壓源將自舉電容Cb充電到12V,重疊到驅動級電源上，使之提升到(VI+12V)。DMOS功率管的開關時間為50ns,能在200kHz高頻下正常工作，其峰值驅動電流約為0.5A。

1.2pWM控制環路

pWM控制環路的工作原理是：首先把反饋輸入電壓與5.1V基準電壓進行比較，出現誤差電壓Vr;再將Vr與鋸齒波電壓VJ作比較，獲得固定頻率的脈沖調制信號，經驅動級驅動DMOS功率管，最后利用由L、VD、C構成的降壓式輸出電路，得到穩定的輸出電壓。圖1中，將同步輸入信號加到鋸齒波發生器上，目的是供應一個前饋信號，使器件在很寬的輸入電壓范圍內具有良好的穩壓性能。下面重點解析限流電路及復位和掉電電路的工作原理。軟啟動電路的原理與L4960完全相同。

1.3限流保護電路

限流保護電路由限流取樣電阻RS(芯片內部的金屬絲電阻)和限流比較器所組成。當輸出電流超過最大限流值ISM(L4970A為13A)時，限流比較器就輸出高電平，將觸發器置1,再經過或非門變成低電平，使驅動級和DMOS功率管截止。僅當內部40kHz振蕩器的時鐘脈沖CL1來到時，才能把觸發器置O,DMOS管重新導通。發生過載后，保護電路可使L4970A系列保持恒定的電流輸出，并且把開關頻率從正常時的200kHz降至40kHz,保護芯片不受損壞。

1.4掉電復位電路

L4970A系列的導通閾值電壓VON=11V,也是輸入電壓的最小極限值;關斷閾值電壓VOFF=10V。利用接在VI端、復位輸入端和GND之間的電阻分壓器，可以設定復位輸入端的電壓閾值電壓VRH,使VRH=5V,并且由它來決定輸入電壓閾值VIL。通常上電后當VI升至VIL時，復位輸出端需經過一段延遲時間才變成高電平，延遲時間由Cd來設定。當輸入端發生掉電故障且VI降至VOFF時，復位輸出端立即變成低電平。另外，當輸出端發生掉電故障(包括瞬間電壓跌落故障),并且V0

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