LM5021型開關(guān)電源控制器的原理與應(yīng)用

lm5021采用sop-8和dip-8封裝，引腳排列如圖1所示，各個(gè)引腳的功能如下：

comp：pwm控制輸入端，comp端內(nèi)部接一只5kq電阻器上拉到5v電源。由輸出反饋電壓經(jīng)光耦隔離后控制。

vin：內(nèi)部偏置電路輸入端，該端輸入電壓達(dá)到閾值后啟動(dòng)內(nèi)部調(diào)節(jié)器。該引腳被內(nèi)部齊納二極管箝位在36v。

vcc：內(nèi)部偏置電路輸出端。該端與gnd之間必須接1只電容器。其輸出電壓通常為8.5v。

out：pwm控制輸出端。該端接：mosfet的驅(qū)動(dòng)極。

gnd：公共地。

cs：電流監(jiān)測(cè)端。該端用于電流模式控制采樣信號(hào)并起監(jiān)測(cè)過流信號(hào)作用。

rt/sync：時(shí)鐘信號(hào)輸入端。該端與gnd之間外接1只電阻器來設(shè)定內(nèi)部晶振頻率。也可直接輸入外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。

ss：軟啟動(dòng)或“打嗝”工作模式定時(shí)輸入。該端與gnd之間外接的電容器決定軟啟動(dòng)時(shí)間和“打嗝”工作模式重啟動(dòng)頻率。

2 lm5021的工作原理

lm5021的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，它包括啟動(dòng)電路、振蕩電路、最大占空比限制電路、輕載比較器、重載監(jiān)測(cè)與過負(fù)載工作模式切換電路以及脈寬調(diào)制電路等。

2.1 啟動(dòng)電路

開關(guān)電源電路開始工作前，lm502l無pwm輸出，輔助繞組無法給啟動(dòng)電容器cin充電，必須需依靠外部電路首先觸發(fā)啟動(dòng)電容器。交流電整流后得的高壓hv經(jīng)啟動(dòng)電阻器rs給電容器cin充電，當(dāng)cin上的電壓達(dá)到20v后。內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器開始工作，并開始給電容器cvcc充電，在cvcc上的電壓達(dá)到7v后，內(nèi)部偏置電路允許pwm輸出，完成能量從變壓器原邊到副邊的傳遞，同時(shí)輔助繞組給cin充電，這樣電路的啟動(dòng)過程就完成了。如果輔助繞組存儲(chǔ)的能量足以支撐vcc電壓，大于5.8v，電路即可進(jìn)入正常工作模式。啟動(dòng)電阻器的阻值影響啟動(dòng)時(shí)間和電源的效率，lm5021極低的啟動(dòng)電流容許啟動(dòng)電阻器取得很大，從而保證啟動(dòng)電路有合理的啟動(dòng)時(shí)間和較高的效率。

2.2 脈寬調(diào)制器

代表誤差電壓的信號(hào)從comp端輸入，先經(jīng)1.2v偏置。再經(jīng)3：1的電阻器分壓，最后輸入pwm比較器的反相輸入端，電流斜坡信號(hào)輸入比較器的同相輸入端。pwm比較器比較這兩路信號(hào)后輸出脈寬調(diào)制信號(hào)，同時(shí)通過pwm控制邏輯和或門將觸發(fā)器復(fù)位并輸出關(guān)斷信號(hào)。然后由時(shí)鐘脈沖再把觸發(fā)器置位，以輸出開通信號(hào)，從而完成脈寬調(diào)制功能。這種電路被稱作雙脈沖抑制邏輯電路，它能確保在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)脈寬調(diào)制器只輸出一個(gè)脈寬調(diào)制信號(hào)。當(dāng)誤差控制器輸入為ov時(shí)，控制器輸出0占空比信號(hào)。

2.3 過流比較電路

lm502l提供過電流保護(hù)功能。該功能是由內(nèi)部的電流比較器完成的，當(dāng)電流比較器的輸入超過0.5v時(shí)輸出脈沖立即被封鎖。在mos管被再次開通前cs腳將保持50ns的低電平以釋放低通濾波器

2.4 振蕩器

在lm5021的rt與gnd之間接1只電阻器就可設(shè)置電路的振蕩頻率，對(duì)于lm5021-1，其振蕩頻率f＝1012/rt*158，而對(duì)于lm5021-2的振蕩頻率f＝1012/rt*316。lm5021也能由外部時(shí)鐘同步，使用時(shí)必須用100pf。的電容器耦合在rt與gnd之間，并且需要峰值大于3.8v的電壓來作為同步頭。由于晶振部分非常敏感，所以布板時(shí)定時(shí)電阻器要緊靠rt與gnd。

2.5 軟啟動(dòng)和門極驅(qū)動(dòng)

軟啟動(dòng)的作用是使功率變換電路緩慢的達(dá)到穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)，這樣就可減小啟動(dòng)沖擊和浪涌電流。它的工作原理是電路內(nèi)部的20μa電流源給接在ss端的電容器充電，電容器上的電壓斜坡上升，從而限制了comp的電壓上升率，最終限制了輸出脈沖占空比的上升幅度，這樣就實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)功能。當(dāng)輸出負(fù)載過大時(shí)，軟啟動(dòng)電容還用來產(chǎn)生打嗝模式的延時(shí)。lm5021的out輸出pwm信號(hào)，輸出高電平時(shí)拉電流可達(dá)0.35a，輸出低電平時(shí)灌電流可達(dá)0.7a，lm502l-1的最大占空比為80％，lm5021-2的最大占空比為50％。

3 lm5021的應(yīng)用

應(yīng)用lm5021-1設(shè)計(jì)一款便攜式充電器，主電路拓?fù)錇閱味朔醇し绞?，工作原理如圖3所示。

輸入?yún)?shù)為市電50hz，其范圍為85v～265v，輸出為12v/2a。電壓調(diào)整率為±0.1％，負(fù)載調(diào)整率為±0.14％，輸出電壓紋波為120mv，輸出功率為24w。該電源的高頻變壓器選用的是epcos的e25/13/7，材料為n27，骨架為立式。