LM2678单片集成电路及其应用

LM2678单片集成电路及其应用2001-8-17张登峰西安华经微电子公司1概述LM2678单片集成电路是一种电压变换器，即DC/DC开关电路。可以为配电稳压块提供各种功能。它通过一个低阻尼DMOS电源获得高效率，最大输出电流可达5A，输出电压可以为3.3V、5V、12V或可调输出。这种电压转换器的内部是由很少数量的元器件组成的，采用高频振荡技术，使该产品的体积小，速率高，功能强，在DC/DC电源设计中，选用LM2678单片集成电路可以大大简化设计步骤及减少元器件的个数。LM2678系列产品具有过热保护功能，限流短路保护功能。输入、输出电流是由一个静电流能调节到低于50μA的旁路控制电流进行控制的，输出电压精度优于±2％，时钟频率误差为±11％。2性能指标2.1特点a.设计简单容易。b.120MΩDMOS开关输出。c.3.3V、5V、12V的固定输出电压及1.2V～37V的可调输出电压。d.开关关断时的备用电流为50μA。e.输出最大误差±2％。f.输入电压为8V～40V。g.固有振荡频率为260kHz。h.工作点温度范围为－40℃～＋125℃。i.效率高。2.2各系列技术指标LM2678－3.3V名称代号测试条件典型值最小最大单位输出电压V0VIN=8V～40V100mA≤IOUT≤5A3.33.2343.366V效率ηVIN=12VIOUT=5A8.2％LM2678－5.0V名称代号测试条件典型值最小最大单位输出电压V0VIN=8V～40V100mA≤IOUT≤5A5.04.905.10V效率ηVIN=12VIOUT=5A84％LM2678－12V名称代号测试条件典型值最小最大单位输出电压V0VIN=15V～40V100mA≤IOUT≤5A1211.7612.24V效率ηVIN=24VIOUT=5A92％3外型结构（见图1）图1LM2678外形结构图图2LM2678原理框图4方框图5引脚定义及说明引脚1——开关输出此引脚为电压输出端，是通过MOSFET开关输出，且MOSFET的另一极同输入电压相连接，并为电感器、输出电容器和脉冲宽度调制器等负载电路提供电源，脉宽调制器内部振荡频率为260kHz，转换开关的导通时间和断开时间控制1脚电压的输出，1引脚的电压可以在输入电压（ON时）和低于肖特基二极管外部电压（OFF时）之间转换。引脚2——开关输入引脚2连接电源的输入电压，它除了对负载提供能量，也为LM2678的内部电路系统提供偏压，输入电压在8V～40V之间以确保其正常工作特性，为了使电源开关有最好的输出特性，通常在2脚接一个旁路电容。引脚3——升压电容在3脚和1脚之间连接一个电容器，此电容器可以升高输入电压，使内部开关MOSFET完全转换为开状态（ON），内部损耗减小到最小，从而提高了电源的效率，一般使用情况下此电容值为0.01μF。引脚4——接地引脚4为所有电源器件的接地参考点，在快速转换、高电流的应用中，例如LM2678的扩流应用中，为了减少电路中信号耦合，建议使用宽的接地面。引脚5——空脚引脚6——反馈引脚6输入到双向高增益放大器，用于驱动PWM控制器。对于固定输出电流（3.3V、5V、12V输出），为了满足集成电路内部增益调节的要求，应将引脚6接到输出端。对于可调输出需接4个外部电阻器以控制直流输出电压，对于固定输出的电源，一定要注意电磁干扰。引脚7——开关控制端引脚7控制电源的输出，此引脚连接到地或任何一个低于0.8V的电源，则可完全关断电源输出，关断时，电流仅为50μA，它的内部关断电流接近20μA，有一个7V的稳压二极管，当高电位驱动该引脚时，其高电位最大不能超过6V，电源有电压输出，不需要做开关控制时，该引脚悬空。图3典型应用电路6LM2678的应用6.1典型应用电路典型应用电路见图3。6.2外围元器件的选取利用LM2678集成电路设计DC/DC电源，很大程度简化了设计步骤，而且所用元器件也大大减少，给设计者带来很大的方便。在外围元器件选取上基本按照电路本身的特性及电源的标准要求而确定。具体设计过程可按以下方法进行（见图3）。●输出电容器输出电容器的作用是平稳直流输出电压，降低输出电压的纹波并贮存能量，输出电容器和ESR（等效串联电阻）的选择将影响输出感生电压和控制电路的稳定性。在指定情况下，固定脉冲频率和输出电容量在反馈中产生两个尖峰，另外容值和ESR值会产生漂移，这些频率的变化以及LM2678的内部频率补偿将改变闭环系统的增益和相移。通常对于稳压电源，设计者希望电路有一个统一的增益带宽，即不大于控制器开关电路的1/6，LM2678的固有频率为260kHz，输出电容器提供的增益带宽最大不超过40kHz。必要时可利用几个电容器并联来减少输出电容器的ESR值，减少电压波动，或者提高容值以降低整个电路的带宽增益（小于40kHz）。当需要两个电容器并联时，这两个电容器应相同。输出电容器的漏电流和额定电压应充分考虑，一般情况下漏电流越小越好，额定电压应是电源最大输出电压的1.3倍。●输入电容器和输出电容器一样以改善输出电压纹波，确定方法同输出电容器。但是在大多数情况下，在输入端有必要增加一个陶瓷电容器，容量为0.1μF～0.47μF，因为电源中连接导线和印制电路板上的线路所产生的串联电感能够在输入末端产生振荡信号，这个信号有可能扩散到输出电路和其它电路中去，从而影响整个电流的性能指标，所以在输入端接一个电容器可以防止或者限制电路中产生的振荡信号。●钳位二极管当LM2678的开关断开时，输出电流仍继续存在，通过二极管在开关和地之间流动，而二极管使输出电压为负值，这一负电压应大于－1V，所以建议使用肖特基二极管。钳位二极管的功耗将大大影响电流效率，而钳位二极管中的电流取决于开关闭合时间并等于负载电流。使用额定值大于工作值的二极管将有利于减小二极管中的压降和功率损耗。在开关闭合期间，输入电压导通并加在二极管两端，而且导通电压值应至少是输入电压的1.3倍多。●增压电容器增压电容器主要产生一个高于MOSFET内部门电压的电压，减小开关电阻及相关功率损耗，用以提高工作效率。在应用中一般选用0.01μF的陶瓷电容器。●电感器电感器是开关电路的关键部分，它在开关闭合时储存能量，开关断开时提供能量。一般选用带磁芯的电感器，电感量一般在22μH～47μH之间，但必须考虑电磁干扰，使其减少到最小。