LM5021型开关电源控制器的原理与应用

时间：2006-09-09 02:12:00

关键字：开关电源控制器 LM BSP 电容器

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[导读] 介绍LM5021的工作原理，并利用LM5021-1设计一款便携式充电器，主电路拓扑为单端反激方式。

1 LM5021的引脚功能

LM5021采用SOP-8和DIP-8封装，引脚排列如图1所示，各个引脚的功能如下：

COMP：PWM控制输入端，COMP端内部接一只5kQ电阻器上拉到5V电源。由输出反馈电压经光耦隔离后控制。

VIN：内部偏置电路输入端，该端输入电压达到阈值后启动内部调节器。该引脚被内部齐纳二极管箝位在36V。

VCC：内部偏置电路输出端。该端与GND之间必须接1只电容器。其输出电压通常为8.5V。

OUT：PWM控制输出端。该端接：MOSFET的驱动极。

GND：公共地。

CS：电流监测端。该端用于电流模式控制采样信号并起监测过流信号作用。

RT/SYNC：时钟信号输入端。该端与GND之间外接1只电阻器来设定内部晶振频率。也可直接输入外部时钟脉冲信号。

SS：软启动或“打嗝”工作模式定时输入。该端与GND之间外接的电容器决定软启动时间和“打嗝”工作模式重启动频率。

2 LM5021的工作原理

LM5021的内部结构框图如图2所示，它包括启动电路、振荡电路、最大占空比限制电路、轻载比较器、重载监测与过负载工作模式切换电路以及脉宽调制电路等。

2.1 启动电路

开关电源电路开始工作前，LM502l无PWM输出，辅助绕组无法给启动电容器CIN充电，必须需依靠外部电路首先触发启动电容器。交流电整流后得的高压HV经启动电阻器Rs给电容器CIN充电，当CIN上的电压达到20V后。内部电压调节器开始工作，并开始给电容器CVcc充电，在CVcc上的电压达到7V后，内部偏置电路允许PWM输出，完成能量从变压器原边到副边的传递，同时辅助绕组给CIN充电，这样电路的启动过程就完成了。如果辅助绕组存储的能量足以支撑VCC电压，大于5.8V，电路即可进入正常工作模式。启动电阻器的阻值影响启动时间和电源的效率，LM5021极低的启动电流容许启动电阻器取得很大，从而保证启动电路有合理的启动时间和较高的效率。

2.2 脉宽调制器

代表误差电压的信号从COMP端输入，先经1.2V偏置。再经3：1的电阻器分压，最后输入PWM比较器的反相输入端，电流斜坡信号输入比较器的同相输入端。PWM比较器比较这两路信号后输出脉宽调制信号，同时通过PWM控制逻辑和或门将触发器复位并输出关断信号。然后由时钟脉冲再把触发器置位，以输出开通信号，从而完成脉宽调制功能。这种电路被称作双脉冲抑制逻辑电路，它能确保在一个时钟周期内脉宽调制器只输出一个脉宽调制信号。当误差控制器输入为OV时，控制器输出0占空比信号。

2.3 过流比较电路

LM502l提供过电流保护功能。该功能是由内部的电流比较器完成的，当电流比较器的输入超过0.5V时输出脉冲立即被封锁。在MOS管被再次开通前CS脚将保持50ns的低电平以释放低通滤波器

2.4 振荡器

在LM5021的RT与GND之间接1只电阻器就可设置电路的振荡频率，对于LM5021-1，其振荡频率f＝1012/RT*158，而对于LM5021-2的振荡频率f＝1012/RT*316。LM5021也能由外部时钟同步，使用时必须用100pF。的电容器耦合在RT与GND之间，并且需要峰值大于3.8V的电压来作为同步头。由于晶振部分非常敏感，所以布板时定时电阻器要紧靠RT与GND。

2.5 软启动和门极驱动

软启动的作用是使功率变换电路缓慢的达到稳态工作点，这样就可减小启动冲击和浪涌电流。它的工作原理是电路内部的20μA电流源给接在SS端的电容器充电，电容器上的电压斜坡上升，从而限制了COMP的电压上升率，最终限制了输出脉冲占空比的上升幅度，这样就实现了软启动功能。当输出负载过大时，软启动电容还用来产生打嗝模式的延时。LM5021的OUT输出PWM信号，输出高电平时拉电流可达0.35A，输出低电平时灌电流可达0.7A，LM502l-1的最大占空比为80％，LM5021-2的最大占空比为50％。

3 LM5021的应用

应用LM5021-1设计一款便携式充电器，主电路拓扑为单端反激方式，工作原理如图3所示。