摘要：一種基于L4970APWM芯片的雙路10A輸出的開關穩(wěn)壓電源，首先介紹了關鍵器件L4970A芯片主要性能特點、封裝和主要外圍元件參數選擇等，重點給出該電源系統(tǒng)的工作原理、具體電路和調試安裝注意事項。

關鍵詞：開關電源PWM技術DC/DC變換功率PWM輸出

Design of A Switching? mode Power Supply with

Two 10A Output? currents Based on L4970A Abstract: The paper presents a switching? mode power supply with two 10A output? currents based on PWM switching? mode power supply chip L4970A.First it introduces main features,encapsulation,pin′ s functions of ship L4970A,and pararmeter choosing of the key peripheral components,etc.Here,the operating principle,special circuits,debuging,installation, and warning of the power supply is given in detail.

Keywords:Switching? mode power supply,PWM technology,DC/DC inverter,Power PWM output

中圖法分類號：TN86文獻標識碼：A文章編號：0219?2713(2000)11?581?04

1引言

由于開關穩(wěn)壓電源具有體積小、重量輕、高效節(jié)能、輸入電壓范圍寬、適應范圍廣、保護功能全等特點，已廣泛應用于電子產品的各個領域。在此給出一種基于L4970A芯片實現的具有雙路10A輸出的電壓可調型開關穩(wěn)壓電源。

　　L4970A大功率PWM開關穩(wěn)壓電源芯片是意法公司(SGS－Thomson)的第二代新品，它的最大特點是直接輸出10A大電流、具有過流過熱軟起動等完備的保護功能，因而用它實現的電源簡單可靠。下面首先給出該芯片的主要性能特點、封裝和關鍵外圍元件參數選擇等，重點介紹由該芯片實現的雙路10A輸出電壓可調的開關穩(wěn)壓電源工作原理、具體電路、調試安裝和注意事項等。

2L4970A簡介

2?1主要性能指標和特點

　　L4970系列是意法公司繼L4960系列之后新推出的單片開關式穩(wěn)壓器。它是采用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，L4970A是其中的代表。其主要性能特點如下：

　　(1)輸出電流大，最大可達10A，適宜制作200～400W大功率單片開關穩(wěn)壓電源。

　　(2)開關頻率高，可達400kHz，常選200kHz(允許±20kHz偏差)，從而提高電源效率，減小濾波電感體積。

　　(3)輸入輸出壓差低，可降到1?1V左右，自身耗能低，電源效率高。對于Ui=50V，Uo=40V，Io=10A的電源，效率可達92?5％。

　　(4)輸入電壓范圍寬，正常值（15～50）V，極限值為（11～55）V。輸出電壓控制靈活，可在（5?1～40）V范圍內連續(xù)調整。若直接從U0反饋，可得到固定5?1V輸出。典型電壓調整率SV=5mV，負載調整率SI=15mV，輸出紋波ΔU=30mV，紋波抑制比為60dB。最大限流值由內部電路限定。

　　(5)除軟起動、限流保護、過熱保護等完善的保護電路外，還增加了欠壓鎖定、PWM鎖存、掉電復位等電路。

　　(6)誤差放大器開環(huán)增益大于60dB，電源電壓抑制比PMRR=80dB，輸入失調電壓2mV。

2?2管腳功能

　　L4970A采用SIP－15封裝，管腳排列如圖1所示，內部原理框圖如圖2所示。各管腳功能如下：

　　1腳和2腳：分別接鋸齒波振蕩器外部定時電阻RT和電容CT。

圖1L4970A管腳封裝與排列 [!--empirenews.page--]

圖2L4970A內部原理框圖

圖3一雙路10A輸出電壓可調的開關穩(wěn)壓電源電路

　　3腳：復位輸入端，接內部復位和掉電電路，此端電壓需設定成5?1V，可通過電阻分壓器接Ui或Uo，監(jiān)視Ui或Uo是否掉電。若不用，須經30kΩ電阻接15腳。

　　4腳：復位輸出端，集電極開路輸出，常態(tài)下輸出呈高電平，當Ui　　5腳：復位延遲端，外接復位電容Cd，以決定復位信號的延遲時間。

　　6腳：自舉端，經自舉電容Cb接至Uo，可提升功率驅動級的電壓，增加驅動DMOS開關功率管的能力，獲得大電流輸出。

　　7腳：輸出端Uo，固定輸出5?1V，可調輸出時需外接電阻分壓器給11腳。

　　8腳：公共地GND與小散熱器連接。

　　9腳：輸入端Ui。

　　10腳：頻率補償端，外接RC網絡，對誤差放大器進行補償。 [!--empirenews.page--]

　　11腳：反饋輸入端，直接接Uo時輸出電壓Uo為固定5?1V，如果經分壓器時Uo可獲得40V以下的輸出電壓。

　　12腳：軟起動端，外接起動電容Cs，以決定軟起動時間。

　　13腳：同步輸入端，用于多片同時使用。

　　14腳：內部5?1V基準電壓輸出端。

　　15腳：驅動級起動電路的引出端，接內部12V基準電壓。

2?3電路原理與工作過程

　　如圖2所示，L4970A芯片內部主要由基準電壓源、鋸齒波發(fā)生器、40kHz振蕩器、誤差放大器、PWM比較器和PWM鎖存器、驅動級、DMOS開關管、兩級或門構成觸發(fā)器、或非門、欠過壓檢測、限流取樣電阻Rs、限流比較器、過熱保護、軟起動以及掉電復位等組成。工作過程如下：首先把輸出電壓Uo或經R1、R2和RP組成的取樣電路提供的反饋電壓Uf和5?1V基準電壓進行比較，產生誤差電壓Ur；再將Ur和UJ做比較(見圖)，獲得PWM信號，該信號經或非門驅動DMOS功率管，最后利用外接的L、VD、C構成的降壓輸出電路，得到穩(wěn)定輸出電壓。在圖2中，將輸入Ui加到鋸齒波發(fā)生器上，目的是提供一個前饋信號，使

器件在很寬的輸入電壓范圍內具有良好的穩(wěn)壓性能。

2?4關鍵外圍元件參數選擇

　　當開關頻率f取100kHz、200kHz、500kHz，定時電阻RJ取16kΩ時，定時電容CJ分別取4?7μF、2?2μF、680pF。輸出電壓：

U0=(R1＋RP1＋R2)×5?1/R2(V)

式中R2一般取4?7kΩ，R1取≥20Ω，電位器RP取值視輸出電壓的大小和調整范圍而定，最大不超過40kΩ。開關頻率f和自舉電容Cb的對應關系如下：100kHz、0?33μF；200kHz、0?22μF；500kHz、0?1μF。儲能電感L一般取（40～150）μH[2][3]。電源的效率和輸出電壓Uo的關系是當Uo≥22V時，f=500kHz,η=92％;f=200kHz,η=94％;f=100kHz,η=95％[4][5]。

3基于L4970A實現的雙路10A輸出電壓

可調的開關穩(wěn)壓電源該開關穩(wěn)壓電源是為某半導體致冷裝置的電源系統(tǒng)設計的，具體電路如圖3所示。它主要是由兩片L4970A芯片和一片7805芯片組成。兩片L4970A芯片及其外圍電路組成兩路10A輸出且電壓在5?1V～40V之間可調的穩(wěn)定電壓，分別為兩個串聯的半導體致冷器件提供電源。一片7805及其外圍電路產生精確的＋5V電壓，為半導體致冷裝置的單片微控器提供電源。為了避免干擾，將兩片L4970A的同步輸入13腳短接，這樣它們就共用一路由IC1芯片鋸齒波振蕩器產生的開關頻率f,f大小由R4、C9確定，按圖中參數f為200kHz。LED1和LED2兩發(fā)光管分別用于兩路正常輸出指示。兩片L4970A其余部分完全相同，故僅對IC1外圍元件做一簡單介紹：C1、C2為輸入濾波電容，亦可用一只6800μF/50V電解電容代替，R1、R2構成分壓器，以設定復位閾值電壓UIL值，圖中UIL為11V，即輸入UIL≤11V時，輸出Uo為0V，且復位輸出也為0V。C3、C4分別是芯片內部＋12V和＋5?1V基準電壓濾波電容。C5為軟起動電容，C6為復位延遲電容。C8、R3是誤差放大器的頻率補償網絡。C7用于高頻補償。R4、C9是確定兩個芯片開關頻率的定時電阻和電容。C10為自舉電容。VD是續(xù)流二極管，采用MRB2080(20A/80V)肖特基整流共陰極對管，僅用其中一只，另一只備用。C11和R5構成吸收網絡，用以限制儲能電感L在內部功率開關管關斷瞬間產生的尖峰電壓和dv/dt，保護功率管和續(xù)流二極管不被損壞。C12為輸出濾波電容，采用三只220μF/50V電解電容并聯，使其等效電感大為降低，RP1、R8和R9構成分壓器為11腳提供反饋電壓Uf，以確定輸出電壓UO1大小，調整電位器RP1使輸出電壓UO1在5?5V～40V之間變化。同理，調整電位器RP2使第二路的輸出電壓UO2也在5?5V～40V之間變化。

4結語實際制作時，應注意：

　　(1)兩片L4970A芯片的信號地和功率地應分別在各自的輸出端匯合后再連接在一起，以減少熱噪聲干擾；

　　(2)應采用體積小、效率高的黑色叉指式或筋片式散熱器，且盡量遠離電源變壓器和其它大功率器件，以提高散熱效率。

　　經實測，該電源的輸出電壓大于20V時，兩路效率均在90％以上，整個電源的體積要比用線性器件時縮小1/3。