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开关电源设计技巧

【摘要】:为了保证系统的稳定性和功率,并且最小地减小单板PCB面积,该升压模块主要采用了LM2733型BOOST升压转换器作为开关电源的主控芯片。图5.4LM 2733内部功能逻辑图LM2733开关稳压器是工作在固定频率1.6 MHz和600 kHz的电流模式升压转换器。开关升压电路的原理如图5.5所示,图中核心组件为LM277-S52A BOOST升压芯片,芯片1脚为内部场效应管的漏级,4脚为芯片使能开关,3脚为外接电阻分压器的电压反馈输入引脚。

由于线性电源本质上是电阻分压的模型,其在功率较大的情况下,转化效率、功率损耗大。开关电源本质上的电容模型,具有转化效率高、功率高、稳定可靠、体积小和质量轻等优点,开关电源的功率很容易做到上千瓦,这是线性电源无法比拟的。波控器中由于驱动器电压的需要,采用了基于BOOST升压原理的开关电源设计,原理如图5.4所示。为了保证系统的稳定性和功率,并且最小地减小单板PCB面积,该升压模块主要采用了LM2733型BOOST升压转换器作为开关电源的主控芯片

图5.4 LM 2733内部功能逻辑图

LM2733开关稳压器是工作在固定频率1.6 MHz(“X”选项)和600 kHz(“Y”选项)的电流模式升压转换器。采用SOT-23封装,通过内部最小功率损耗(1-A)开关,并使用小型电感器和电容器,可实现业界最高的功率密度。40 V内部开关使这些解决方案非常适用于升压至16 V或更高的电压。这些器件具有逻辑电平关断引脚,可用于降低静态电流并延长电池寿命。通过逐周期电流限制和热关断提供保护,内部补偿简化了设计并减少了元件数量。其芯片内部功能逻辑框图如图5.4所示。

开关升压电路的原理如图5.5所示,图中核心组件为LM277-S52A BOOST升压芯片,芯片1脚为内部场效应管(FET)的漏级,4脚为芯片使能开关,3脚为外接电阻分压器的电压反馈输入引脚。

图5.5 基于LM 2733型Boost升压芯片的升压电路原理

电路工作原理可简述如下:当芯片供电后,4脚上拉,芯片内部比较器和振荡器开始工作。之后的某一个时刻内部FET导通,供电电流经电感L4流入芯片引脚1,然后经过内部的FET回到GND,这一过程主要是对电感L4充电,持续时间为芯片工作开关周期的一半;半个周期后,FET突然被关断,根据法拉第电磁感应定律,此时电感L4线圈两端产生感应电压,方向左负右正,和供电电压(Vin)串联给PC24和PC24充电及给外部电路供电;接着FET又一次被打开,电感L4又一次充电,电容充电停止,只能由剩下的电量给外部电路供电,FET周期性开启和关断,如此一直循环下去。

由于开关频率很快和电容的储能和滤波作用,输出电压的大小Vout实际上是一个稳定的直流电压。其电压大小由开关信号(PWM波)的开关占空比决定,其中LM 2733内部的比较器根据引脚FB输入的反馈电压大小,自动调整开关信号的占空比。所以一般情况下,可以根据输出电压Vout大小和公式

选取合适的分压电阻PR14和PR17的阻值大小,获得所需要的电压输出。