L4962型单片开关式集成稳压器

随着功率集成技术的发展，目前已能将开关功率管集成在脉冲调制器的芯片上，封装成单片开关式集成稳压器，使开关电源的外围电路大为简化，适于制作低电压、高效率、大电流的开关电源。L4962是SGS-Thomson公司研制的单片开关式集成稳压器，国产型号为CW4962。其主要性能指标如下：输入电压V\(_{I}\)=9～46V，输出电压VO=5～40V，最大输出电流I\(_{OM}\)=1.5A，最大输出功率POM=60W。开关频率通常选100kHz，占空比调节范围是0～100％，电源效率η=75～90％。内部有完善的保护电路。

L4962采用16脚双列直插式封装，管脚排列如图1所示。NC表示空脚。其原理框图见图2。内部电路主要包括：（1）5.0V基准电压源和误差放大器；（2）锯齿波发生器；（3）脉冲宽度调制（PWM）比较器和功率输出级；（4）软启动电路；（5）输出限流保护电路；（6）芯片过热保护电路。此电路共用10个外围元件。C1是输入端滤波电容，R1、C3是误差放大器的频率补偿元件，R2、C2为锯齿波振荡器的定时电阻与定时电容。振荡频率f0=1／（R2C2）。现取R2=4.3kΩ，C2=2200pF，则f0≈100kHz。C4是软启动电容，起保护作用。由L、C5和VD3构成降压式输出电路。其中L是储能电感，C5是储能兼滤波电容，VD3是续流二极管。功率脉冲调制信号从2脚引出。该信号为高电平时，除向负载供电以外，还有一部分电能储存在L和C5中，此时VD3截止。当功率脉冲为低电平时，VD3导通，储存在L、C5上的电能继续向负载供电，维护V0不变。

R3和R4是取样电阻，改变两电阻的比值可调节输出电压V0，有关系式

L4962的基本工作原理是：输出电压V0经过R3、R4取样后，加到误差放大器的反相输入端，与5.0V基准电压进行比较，得到误差电压Vr，再用Vr的幅度去控制PWM比较器输出的脉冲宽度，最后经过功率放大和输出电路，使V0保持不变，达到稳压目的。设占空比为D，开关电源效率为η，则输出电压与输入电压存在关系式：V0=ηDV\(_{I}\)。

图2中，C4、T193、T58、VD1构成软启动电路。其作用是刚通电时，让输出电压缓慢地建立起来，对芯片起到保护作用。软启动时间约100ms。Rs是限流保护电路的限流电阻。当V0端发生短路时，将功率输出级切断。若短路故障已排除，稳压器经软启动后即转入正常输出。当芯片的结温达到150℃时，过热保护电路将功率输出级关断，等结温降到120℃以下，才能重新启动。

由L4962构成的单片开关电源如图3所示。交流220V电压经过60VA电源变压器降压，再经过桥式整流和滤波得到直流电压V\(_{I}\)，作为L4962的输入电压。当输出电压V0直接与10脚接通（R4=0）时，稳压值V0=5V。现取可调电阻R4=15k，固定电阻R3=2.2kΩ，即R4／R3≈7，调整R4可使V0从5V连续变化到40V。C7是高频补偿电容。

储能电感L可选Ф22的坡莫合金磁环，用高强度漆包线绕制而成，电感量取150μH。为减小电解电容器的等效电感与等效电阻，输出滤波电容由C5和C6并联而成，总容量是440μF。续流二极管VD必须选用肖特基二极管或快恢复二极管。

在设计电路时应将信号地线与功率地线分开布置，最后在输出端汇合，以免引入干扰。L4962的最大允许功耗为4.3W，可将第4、5、12、13脚短接，通过印制板铜箔散热，不需另加散热器。（刘勇 屈新强）