電源管理芯片在開關電源中的應用

儲慶慶

（安徽工業大學，安徽 馬鞍山 243000）

1 國內外發展現狀

目前，國際上電源管理芯片領先的廠家主要有intel、TI等[1]，主要研制應用面廣泛、低功耗以及小型化的電源管理芯片。這些芯片被大量應用于汽車電子、家電[2]以及航天電源。隨著我國科技水平的不斷進步，國內許多廠家也正在致力于研制小型的AC/DC、DC/DC以及DC/AC電源管理芯片。

開關電源芯片小型化的發展帶來了許多優點，如開關頻率高[3]、效率高、功耗低、體積小以及成本低。雖然傳統電源模塊具有更高的穩定性，功能更加成熟，且輸出帶載能力也是小型化電源管理芯片所不能及的[4]，但是由于其體積大和成本高，現在逐漸被新一代的開關電源管理芯片所替代。

2 LM5026介紹

LM5026是一種PWM電流模式控制的開關電源管理芯片，采用主動夾緊技術，提高了生產效率。與傳統的catch繞阻或RDC箝位/復位相比，它提高了輸出功率。引腳提供了主電源開關控制（OUT_A）和有源箝位開關控制（OUT_B）兩個控制輸出。該芯片內部包含MOS管和雙極器件，具有優越的閘門驅動特性[5]。LM5026具有很寬的輸入電壓范圍，最低電壓為8 V，最高可達到100 V，且芯片可編程最大占空比結合外部電路實現過欠壓的關斷功能。此外，芯片自身具備軟啟動能力，能極大地降低輸入浪涌沖擊電流。

LM5026共有16個引腳，如圖1所示。其中：1腳和10腳為電源輸入腳，為電源提供輸入；2腳為欠壓鎖定腳，當芯片檢測到輸入電壓低于額定輸入電壓范圍時，電源會出入欠壓關斷狀態，并且是鎖定的，無法自動重啟，必須重新上電至額定輸入電壓范圍；3腳為電流模式控制腳，該引腳主要是對整個反激式變換器的環路進行控制，將檢測到的輸出電壓進行閉環控制；4腳為重啟定時器腳，該引腳是可外部操作引腳，選擇合適的電容值，可以得到不同的重啟延時時間，通常電容容量越大，延時時間越長，電容容量越小，延時時間越短；5腳為外接電阻控制腳；6腳為輸出5 V控制腳；7腳為輸出過壓保護腳，當芯片檢測到輸入電壓高于額定輸入電壓范圍時，電源會出入過壓關斷狀態，并且是鎖定的，無法自動重啟，必須重新上電至額定輸入電壓范圍；8腳和9腳為脈沖控制腳，通過控制脈沖的占空比來實現電源電壓的輸出；11腳為模擬返回腳；12腳為軟啟動腳，該引腳外部電路連接合適的按照電阻電容可以實現電路的軟啟動過程；13腳為脈沖調制腳；14腳為振蕩器控制腳；15腳為振蕩腳；16腳為最大占空比控制腳，該引腳可以通過選擇合適的電阻值來控制電源的最大占空比。

3 LM5026典型應用電路

LM5026典型應用電路如圖2所示，LM5026芯片外圍電路由電阻、濾波電容、MOS管、整流二極管、穩壓二極管、TLP291光耦、變壓器、LC濾波電路組成。芯片通過外圍電路控制OUT_A和OUT_B輸出占空比，將輸入的DC電壓變成AC電壓，經變壓器T1得到需要的AC電壓，之后再經整流二極管將AC電壓變為DC電壓，從而實現DC/DC變換。通過芯片的DC/DC轉換[6]，可實現高壓與低壓之間的隔離轉換，避免了不隔離DC/DC轉換的缺點。

4 LM5026實際應用電路

LM5026實際應用電路包括輸入輸出濾波電路、主電路、芯片外圍電路以及反饋電路4個部分，如圖3所示。其中，輸入濾波電路由輸入電容實現；輸出濾波電路由輸出電容和電感組合成LC濾波電路；主電源芯片中OUT-A和OUT-B通過控制占空比[7]實現DC/AC轉換；CS腳和COMP腳反饋至電源芯片內部分別控制電源芯片的電流模式和PWM；主電路由變壓器和二極管組合實現AC/AC轉換，再通過二極管實現AC/DC轉換。

圖2 LM5026典型應用電路圖

輸入濾波電路由輸入電容和差模電感組成[8]，如圖4所示。輸入濾波電容主要考慮耐壓值和容量，輸入電壓在18～36 V。在此由大小為4.7 μF、耐壓值為50 V的電容和0.1 μH的差模電感實現LC輸入濾波電路。

輸出濾波電路由共模電感和電容組成，如圖5所示。輸入電容容量選取為47 μF，通過電容實現EMI濾波，由負載釋放電源關閉后電容里存儲的電壓。

實驗結果如表1所示，用LM5026作低壓DC/DC電源，電源效率能夠達到82%，紋波電壓在20 mV左右，電流調整率為2%。電源的源效應非常好，輸入在18～36 V時，輸出無變化。

圖3 LM5026實際應用電路圖

圖4 輸入濾波電路圖

圖5 輸出濾波電路

表1 測試數據表

5 結 論

LM5026是一款良好的降壓芯片，具有出色的電壓調整率和電流調整率，可搭配合適的外圍電路實現電流模式的PWM控制、最佳工作占空比以及振蕩頻率。它的內部具備軟啟動電路，可很好地抑制浪涌電流，從而為后端設備提供良好的工作環境。此外，自身具備的可編程欠壓保護和過壓保護功能，可保護芯片本身及外圍電路元器件。使用芯片替代傳統不隔離的BUCK電路、BOOST電路[9]以及隔離的反激式和正激式變換器，能夠簡化電路結構。通過借助合適的芯片搭配簡單的外圍電路不僅能實現DC/DC變換，還能得到一個更加完善的DC/DC變換器，在電磁兼容[10]方面也能夠做得很好，使得電源在整個系統更加穩定和高效。