第一章 多路输出式单片电源开关的原理与应用 6
第一章 多路输出式单片电源开关的原理与应用
许多家电产品（如电视机、机顶盒解码器、录像机）都需要由多路稳压电源来供电。在电子仪器、自控装置中也要给各种模拟和数字电路提供多路电源。利用单片开关电源可以实现多路电压输出。
1.1 降压式DC/DC电源变换器的原理与应用
降压式DC/DC电源变换器或模块，均可起到降低电压的作用，使输出电压低于输入电压，典型产品有MAX639、MAX1738，后者属于变换器模块，由于它把全部元器件都封装在模块内部，因此用户可以“即插即用”使用非常方便，本文所介绍的LM2673即属于变换器模块。下面来介绍其原理和应用。
1.1.1 降压式DC/DC变换器的基本原理
利用图1.1可以分析降压式DC/DC变换器的工作原理。变换器用开关S来等效。当S闭合时除向负载供电之外，还有一部分电能存储于电感L和电容C中。L上的电压极性是左端正、右端负，此时续流二极管VD截止。当S断开时，L上产生极性为左端负、右端正的反向电动势，使得VD导通，L中的电能就传送给负载维持输出电压不变，并且V0 第一章 多路输出式单片电源开关的原理与应用 6 1.1.2 LM2673降压式模块的应用 众所周知，采用集成工艺是无法将大量的电容器、电位器磁芯电感器、高频变压器、整流器等集中在芯片中的。因此，自行研制开关电源时不仅要选择芯片，还必须考虑到芯片之间、芯片与外围电路之间的接线并设计好印刷电路，最后完成安装调试工作。这就给用户带来了诸多不便。若采用开关电源模块，上述问题则可迎刃而解。 LM2673是美国国家半导体公司生产的一种微型降压式DC/DC变换器模块，通过 各家生产制造厂商的预先设定，实现了使外部元件最小化的完整设计方案。其输入电压范围为8V~40V，最大电源电压45V。输出电压为3V、5V、12V（固定输出电压型号）和1.2V~37V（输出电压可调型号），输出电流为100mA~3A。功耗由内部限定，转换效率在94%以上。它采用脉宽调制式（PWM），具有限流保护、软启动、欠压锁定等多种保护功能。正常输出时的静态工作电流为4.2mA，在关断模式下减至3.7μA，输出电压亦降至零伏。在全程及负载条件，可调输出 电压在±2%范围浮动，运行温度范围为?40~+125℃。 LM2673采用标准的TO-220封装，见图1.2。其拥有1输出开关（Switch Output）、2输入（Input）、3增压（C Boost）、4接地（Ground）、5整流（Current Adjust）、6反馈（Feedback）、7软启动（Softstart）共7个管脚。下面分别简单介绍其功能。 表1 LM2673的一些工作参数 名称 范围 最大电源电压 45 软启动管脚电压 -0.1~6 开关接地电压 -1~VIN 升压管脚电压 VSW+8 反馈管脚电压 -0.3~14 功耗 由内部限定 静电释放 2000 储存温度范围 -60~150 波峰焊（4秒） 260 红外线焊接（10秒) 240 焊接时的管脚温度 气流焊（75秒） 219 电源电压 8~40 接点温度范围 -40~125 工作条件 热阻（QJR） 30 热阻（QJC） 2 单位 V V V V V — V ℃ ℃ ℃ ℃ V ℃ ℃/W ℃/W 第一章 多路输出式单片电源开关的原理与应用 11 管脚1：输出开关（Switch Output） 功率金属氧化物（半导体）场效应晶体管开关的输出端直接与输入电压相连。此开关为一个电感器、一个输出电容以及一个脉冲宽度调制器（PWM）控制下的负载电路提供能量。这个脉冲宽度调制器使用一个固定频率为260kHz的振荡器完成内部计时。在标准降压应用中，开关电源的工作周期（Time ON/Time OFF）与电源输出电压和输入电压之间的比值成正比例关系。管脚1的电压通过外置肖特基二极管的压降（Switch OFF）在输入电压Vin（Switch ON）与接地之间变换。 管脚2：输入(Input） 电源的输入电压与管脚2相连。除了给负载提供能量之外，输入电压也为LM2673的内部电路提供偏置电压。为了实现所有额定性能，输入电压的浮动范围必须在8V到40V之间。为实现电源的最佳性能，输入管脚应当总是与一个设置在管脚2附近位置的输入电容相旁通。 管脚3：C增压（C Boost） 在管脚3与管脚1（输出开关）之间必须连接一个电容，这个电容增压门驱动到半导体场效应晶体管，当电压在输入电压之上时则完全导通，在开关电源上实现最小传导损耗以维持高能效。其中C Boost的推荐值为0.01μF。 管脚4：接地（Ground） 是电源中所有元件的接地参考连接。在快速开关中，例如使用LM2673的大电流应用时，建议使用大面积接地层来减小分布在电路上的信号耦合。 管脚5：整流（Current Adjust) LM2673的一个关键性特性是用来调节开关峰值电流上限使之达到符合特殊应用要求的水平，它可以降低使用外置元件时必须完全符合额定电流水平的要求（例如在 第一章 多路输出式单片电源开关的原理与应用 11 短路条件下），使得这个电流水平可以比正常电路的操作电流的要求出高很多。 一个电阻器将管脚5与接地连接起来，它可以得到一个确定的电流（I(pin 5) = 1.2V / RADJ），该电流可产生一个通过电源开关的峰值电流，最大开关电流固定在37,125 / RADJ的水平上。 管脚6：反馈（Feedback） 电源的实际输出相接以获得一个直流输出电压。由于具有稳定的电压输出驱动（3.3V、3.5V和12V输出），LM2673芯片内部在被要求提供内部增益设定电阻的同时也提供与输出相接的直流线路。在可调节输出版本中，两个外置电阻被要求提供直流输出电压。通过电源的稳定操作来阻止流向反馈输入端的一些电感耦 合是十分重要的。 管脚7：软启动（Softstart） 一个连接着管脚7与接地的电容器提供了一个缓慢增加的开关调节器，该电容用来提供一个时间延迟，以逐渐增加内部开关电源的工作周期，这样做可以显著地减少输入电源在输入电压的突变中所产生的浪涌电流量。如果不要求软启动的话，该管脚应该被断开。 1.2开关电源的输入电路 1.2.1 输入整流器 在选择组合元件和分立元件时，设计者必须要查对下面一些重要的技术参数。 （1）最大正向整流电流。这个参数主要根据开关设计的输出功率决定。所选择的整流二极管的稳态电流容量至少应是计算值的2倍。 （2）峰值反向截止电压（PIV）。由于整流器工作在高电压的环境，所以它们必须具有较高的PIV值。一般应在600V以上。 （3）要有承受高的浪涌电流的能力。浪涌电流是由开关导通时的峰值电流所产生的。
