L4970A系列大功率單片集成開關(guān)電源是ST公司繼L4960系列之后推出的第二代產(chǎn)品。電路的特點(diǎn)是：采用DMOS開關(guān)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(nèi)連續(xù)可調(diào)；通過自舉電容可獲得大電流輸出；利用掉電復(fù)位電路能實(shí)時(shí)地向微機(jī)發(fā)出信號(hào)，監(jiān)視系統(tǒng)電源的工作狀態(tài)。

1工作原理

L4970A的原理框圖如圖1所示（注：引腳序號(hào)適用于L4970A/4975A/4977A）。其內(nèi)部功能電路主要包括基準(zhǔn)電壓源，鋸齒波發(fā)生器，內(nèi)置40kHz振蕩器，欠壓檢測與過熱保護(hù)電路，誤差放大器，比較器，PWM鎖存器，或非門，觸發(fā)器（由兩級(jí)或門構(gòu)成）,驅(qū)動(dòng)級(jí)，DMOS開關(guān)功率管，限流比較器，軟啟動(dòng)電路，掉電復(fù)位電路。其中內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源能輸出兩路基準(zhǔn)電壓，一路是VREF=5.1V,供設(shè)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(qū)動(dòng)級(jí)的電源電壓提升12V。誤差放大器的開環(huán)電壓增益AVO>60dB,電源電壓抑制比PMRR=80dB,輸入失調(diào)電壓為2mV。

1.1L4970A系列的導(dǎo)通閾值電壓

導(dǎo)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(guān)功率管提供足夠大的驅(qū)動(dòng)電壓，采用了自舉升壓方式。利用內(nèi)部的12V基準(zhǔn)電壓源將自舉電容Cb充電到12V,疊加到驅(qū)動(dòng)級(jí)電源上，使之提升到（VI+12V）。DMOS功率管的開關(guān)時(shí)間為50ns,能在200kHz高頻下正常工作，其峰值驅(qū)動(dòng)電流約為0.5A。

1.2PWM控制環(huán)路

PWM控制環(huán)路的工作原理是：首先把反饋輸入電壓與5.1V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓Vr;再將Vr與鋸齒波電壓VJ作比較，獲得固定頻率的脈沖調(diào)制信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)級(jí)驅(qū)動(dòng)DMOS功率管，最后利用由L、VD、C構(gòu)成的降壓式輸出電路，得到穩(wěn)定的輸出電壓。圖1中，將同步輸入信號(hào)加到鋸齒波發(fā)生器上，目的是提供一個(gè)前饋信號(hào)，使器件在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)具有良好的穩(wěn)壓性能。下面重點(diǎn)介紹限流電路及復(fù)位和掉電電路的工作原理。軟啟動(dòng)電路的原理與L4960完全相同。

1.3限流保護(hù)電路

限流保護(hù)電路由限流取樣電阻RS（芯片內(nèi)部的金屬絲電阻）和限流比較器所組成。當(dāng)輸出電流超過最大限流值ISM（L4970A為13A）時(shí)，限流比較器就輸出高電平，將觸發(fā)器置1,再經(jīng)過或非門變成低電平，使驅(qū)動(dòng)級(jí)和DMOS功率管截止。僅當(dāng)內(nèi)部40kHz振蕩器的時(shí)鐘脈沖CL1來到時(shí)，才能把觸發(fā)器置O,DMOS管重新導(dǎo)通。發(fā)生過載后，保護(hù)電路可使L4970A系列保持恒定的電流輸出，并且把開關(guān)頻率從正常時(shí)的200kHz降至40kHz,保護(hù)芯片不受損壞。

1.4掉電復(fù)位電路

L4970A系列的導(dǎo)通閾值電壓VON=11V,也是輸入電壓的最小極限值；關(guān)斷閾值電壓VOFF=10V。利用接在VI端、復(fù)位輸入端和GND之間的電阻分壓器，可以設(shè)定復(fù)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(dāng)VI升至VIL時(shí)，復(fù)位輸出端需經(jīng)過一段延遲時(shí)間才變成高電平，延遲時(shí)間由Cd來設(shè)定。當(dāng)輸入端發(fā)生掉電故障且VI降至VOFF時(shí)，復(fù)位輸出端立即變成低電平。另外，當(dāng)輸出端發(fā)生掉電故障（包括瞬間電壓跌落故障）,并且V0<5V（正常值為5.1V）時(shí)，復(fù)位輸出也變成低電平。因此，L4970A系列特別適合作為微機(jī)系統(tǒng)的電源。一旦出現(xiàn)VI過低（VI

2應(yīng)用電路

2.1典型應(yīng)用電路

圖中，C1為輸入端濾波電解電容（6800μF/50V）,而R1（30k）和R2（10k）構(gòu)成復(fù)位輸入端的電阻分壓器，用以設(shè)定VRL值。C2、C3（均為2.2μF）分別為驅(qū)動(dòng)級(jí)啟動(dòng)端和VREF端的濾波電容。C4（2.2μF）是軟啟動(dòng)電容，C5（2.2μF）是復(fù)位延遲電容。誤差放大器的頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)由C6（0.022μF）、R3（15k）組成，C8（390p）用作高頻補(bǔ)償。R4（16k）、C7（2200p）為定時(shí)電阻和定時(shí)電容。C9（0.22μF）為自舉電容。VD是續(xù)流二極管，采用MBR2080肖特基整流二極管，這種管子屬于共陰對(duì)管，內(nèi)含兩只相同的肖特基管，使用時(shí)僅用一只，另一只作備用管。由C10（2200p）和R5（22k）構(gòu)成吸收網(wǎng)絡(luò)，用以限制儲(chǔ)能電感L（40μH）在內(nèi)部開關(guān)功率管關(guān)斷瞬間產(chǎn)生的尖峰電壓峰值及其上升速率，保護(hù)開關(guān)功率管及續(xù)流二極管不受損壞。C11～C13（均為220μF/40V）為輸出端濾波電容，相并聯(lián)能使其等效電感大為降低。R6（4.7k）是復(fù)位輸出端內(nèi)部晶體管的集電極電阻。輸出端的電阻分壓器由R7和R8構(gòu)成，輸出電壓由下式確定：

該電路設(shè)計(jì)為VI=35V,V0根據(jù)R7和R8阻值可獲得40V以下的輸出電壓，輸出電流I0=10A。TP1～TP4為測試點(diǎn)，可用示波器分別觀察復(fù)位輸出、同步信號(hào)、誤差電壓、鋸齒波電壓的波形。

2.2其他應(yīng)用電路

2.2.1固定輸出電路

2.2.2從0V起調(diào)的可調(diào)輸出電路

能輸出0～25V、10A的開關(guān)電源如圖4所示，這里巧妙地利用一片三端集成穩(wěn)壓器7905提供的-5V電壓，將L4970A的GND端電位拉成-5V,V0也就從原來的5.1～30V變成0～25V。該電源的最大特點(diǎn)是輸出電壓能從0V起調(diào)，這是常規(guī)方法所難以實(shí)現(xiàn)的。

3結(jié)束語

大功率單片集成開關(guān)穩(wěn)壓電路的使用，使開關(guān)電源整機(jī)使用元件大為減少，直接提高了開關(guān)電源的性能及可靠性。隨著這種電源電路使用的普及，開關(guān)電源技術(shù)和性能將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的飛躍。