摘要：介绍了降压型PWM控制器AP1510的工作原理，并给出了一个典型应用电路。测试结果验证了它的实用性。

关键词：降压；PWM；AP1510；DC/DC变换器

引言

    随着信息技术与集成电路的高速发展，电子产品逐渐向智能化、小型化、低功耗方面发展，同时电源必须做到小体积、高效率、低功耗，以适应电子产品的高速发展。因此，高度集成的PWM控制器在电子产品中得到了广泛应用。

    易亨（Anachip）电子公司推出的降压型PWM控制器AP1510可以广泛应用于电子产品的电源中。由于AP1510芯片内包含基准电压源、振荡电路、误差放大器、内部PMOS开关管等电路，所以只须外加电感、电容、二极管等少量元器件，便可组成小体积、高效率的降压型开关稳压电源。

1    AP1510的工作原理

    AP1510的原理框图如图1所示。

图1    AP1510的原理框图

1.1    引脚功能及描述

    脚1    （FB）反馈端，误差放大器的反相输入，通过分压电阻连接电源输出端。

    脚2    （EN）使能端，工作或待机控制，高电平：正常运行，低电平：待机运行。

    脚3    （OCSET）输出电流设定端，通过外部电阻设定最大输出电流。

    脚4    （Vcc IC）电源输入正端。

    脚5、6    （Output）开关输出端，P沟MOS场效应管漏极，连接外部续流二极管和电感。

    脚7、8    （Vss IC）电源输入负端。

1.2    工作原理

    由图1可知，AP1510由基准电压源、振荡电路、误差放大器、PWM控制器、过热关断控制电路以及P沟MOS场效应管等部件组成。

    基准电压源为芯片内部电路提供稳定的供电电压，并为误差放大器的同相输入端提供0.8V的电压基准。它具有软启动功能，可以防止电源启动时的冲击，它还具有欠压锁定功能，当输入电压低于3.3V时AP1510停止工作；当输入电压高于35V时，它自动恢复工作。

    振荡电路产生300kHz的振荡波形，当发生过流保护或短路保护时，工作频率将从300kHz减小到30kHz。

    输出电压的取样信号进入误差放大器的反相输入端，经比较后进入PWM控制器，输出占空比变化的方波去驱动内部的P沟MOS管。AP1510调节脉冲的占空比可以从0％～100％，这使得AP1510可以在很宽的输入电压范围内正常工作。

    过热关断电路使芯片结温达到125℃时关断，保护芯片不会因为过热而损坏。其恢复温度为100℃，25℃的温度回差确保芯片过热保护时不会振荡。

    AP1510内部具有P沟MOS管的限流功能，其计算方法为

    I_LOAD×R_DS(ON)=I_OCSET×R_OCSET

式中：I_LOAD为内部P沟MOS管设定的工作电流，AP1510中MOS管的最大工作电流为3A；

      R_DS(ON)为AP1510中MOS管的导通电阻，其值为100mΩ；

      I_OCSET为AP1510中内部恒流源的工作电流，其值为100μA；

      R_OCSET为脚OCSER对地的外接电阻。

    AP1510的输入电压范围为3.6～23V，由于内置了P沟MOS管，所以只需外加电感、电容、二极管等，便可组成降压型开关稳压电源。由于采用固定频率工作方式，因而内部补偿电路简单，输出纹波低，瞬态响应好，电源的效率也很高。

2    应用电路

    图2所示的电路是一个由AP1510组成的典型降压型DC/DC变换器，其输入电压为12V，输出电压为5V。

图2    AP1510的应用电路之一

    图2电路中R_A、R_B为输出电压设定电阻，输出电压V_OUT与R_A、R_B阻值的关系如式（1）所列。

    V_OUT=V_FB×（1＋R_A/R_B）=0.8V×(1＋6.8/1.3)=5V（1）

    R_OCSET为MOS管最大电流设定电阻，MOS管最大电流I_MOS与R_OCSET的关系如式（2）所列。

    I_MOS=100μA×R_OCSET/R_MOS=3A（2）

式中：R_MOS为MOS管导通电阻，V_IN=12V时，R_MOS典型值100mΩ。

    对于电压调整率要求较高的场合，图2所示的电路就可能达不到要求了，而图3所示的电路不仅有电压调整率补偿功能，而且具有待机功能。它能直接受到CPU或者其它数字电路的电平控制，即可进行“工作/待机”模式切换，不需要另加接口电路。

    图3中R₂为补偿电阻，输入电压越高反馈越强，它起到电压补偿作用；Q₁、Q₂用于“开机/待机”控制，同时起到待机时切断补偿的作用。实际应用过程中可以根据输入电压范围不同决定R₂的大小，特别是输入电压较低时（如6～12V）效果显著，输入电压较高（如12～20V）则可省略。

图3    AP1510的应用电路之二

3    试验结果

    按图2所示电路，设计并调试了一个5V输出的稳压器，测试结果如下。

    1）电压调整率如表1所列。

表1    电压调整率（测试条件R_L=5Ω）

    2）负载调整率如表2所列。

表2    负载调整率（测试条件V_in=12V）

    3）输出电流与效率的关系如图4所示。

图4    输出电流与效率的关系

    4）输出纹波如图5所示。

(a)轻载时                (b)满载时

图5    输出纹波

    5）输入电压与占空比的关系如图6所示。

    测试条件，负载电阻：5Ω。CH1为Output脚输出电压波形，CH2为输入电压波形，量程均为2.00V/div。图6（a）中输入电压为5.50V，工作频率300kHz，占空比约90％。图6（b）中输入电压为5.20V，工作频率已经降低到50kHz，占空比进一步增大，占空比约95％。图6（c）中输入电压为5.15V，占空比宽度已经为100％，开关管处于直通状态。

(a)输入电压5.5V，工作频率300kHz，占空比90％

(b)输入电压5.2V，工作频率50kHz，占空比95％

(c)输入电压5.15V，占空比已经为100％

图6    输入电压与占空比的关系

    由于AP1510的占空比可达100％，在V_IN=5.5V时V_OUT=4.85V，V_IN=6V时V_OUT=4.89V，这对一般的PWM控制器来说是很难做到的。虽然AP1510有很多优点，但它的电压调整率典型值为1％。从电压调整数据看来，特别是在输入电压较低的情况下AP1510电压调整率不是太高。

4    结语

    降压型PWM控制器AP1510集成度高，内部P沟MOS管导通电阻小，占空比能达到100％，由它组成的降压型稳压器，电路简单、效率高，因而在电子产品的电源中有着广泛的应用。