lm5117 buck電路分析

　　LM5117是一款同步降壓控制器，適用于高電壓或各種輸入電源的降壓型穩(wěn)壓器應(yīng)用。其控制方法基于采用仿真電流斜坡的電流模式控制。電流模式控制具有固有的輸入電壓前饋、逐周期電流限制和簡化環(huán)路補(bǔ)償?shù)墓δ?。使用仿真控制斜坡可降低脈寬調(diào)制電路對噪聲的敏感度，有助于實(shí)現(xiàn)高輸入電壓應(yīng)用所必需的極小占空比的可靠控制。

　　LM5117的工作頻率可以在50kHz至750kHz范圍內(nèi)設(shè)定。LM5117可利用自適應(yīng)死區(qū)時間控制來驅(qū)動外部高邊和低邊NMOS功率開關(guān)管。用戶可選的二極管仿真模式可實(shí)現(xiàn)非連續(xù)模式操作，提高輕負(fù)載條件下的效率。高電壓偏置穩(wěn)壓器可利用外部偏置電源進(jìn)一步提高效率。LM5117獨(dú)特的模擬遙測功能可提供平均輸出電流信息。其他功能還包括熱關(guān)斷、頻率同步、斷續(xù)（hiccup）模式電流限制和可調(diào)輸入欠壓鎖定。今天講講LM5117的buck電路。

　　BUCK電路是基本的DC-DC電路之一，其驅(qū)動電壓一般為PWM（Pulsewidthmodulation脈寬調(diào)制）信號，信號周期為Ts，則信號頻率為f=1/Ts，導(dǎo)通時間為Ton，關(guān)斷時間為Toff，則周期Ts=Ton+Toff，占空比Dy=Ton/Ts。

　　UVLO：從VIN至AGND可使用一個外部UVLO設(shè)定點(diǎn)分壓器RUV2來設(shè)置穩(wěn)壓器的最小輸入工作電壓。分壓器的設(shè)計(jì)必須是當(dāng)輸入電壓處在所需工作范圍時。UVLO引腳可以用一個齊納二極管來鉗位，UVLO遲滯是通過一個內(nèi)部20A?灌電流完成的，該電流開啟或關(guān)閉進(jìn)入U(xiǎn)VLO設(shè)定點(diǎn)分壓器的阻抗。當(dāng)UVLO引腳的電壓超過1.25V閾值時，灌電流被啟用，迅速提高UVLO引腳的電壓。當(dāng)UVLO引腳電壓降至低于1.25V閾值時，灌電流被禁用，導(dǎo)致UVLO引腳的電壓迅速下降。將CFT電容器與RUV1并聯(lián)，有助于最大限度地降低注入到UVLO引腳的開關(guān)噪聲。

　　DEMB引腳：在二極管仿真模式下，在檢測到反向電流流過（電流從輸出到地流經(jīng)低邊NMOS）后，低邊NMOS在PWM周期的其余部分被鎖斷。該引腳浮置，LM5117內(nèi)部的50KΩ下拉電阻可保持DEMB引腳為低電平，并啟用二極管仿真。

　　RES引腳、SS引腳：為了在長時間電流限制條件下在進(jìn)一步保護(hù)穩(wěn)壓器，LM5117提供了打嗝模式電流限制功能。內(nèi)部打嗝模式故障定時器可計(jì)算逐周期電流限制發(fā)生期間的PWM時鐘周期。當(dāng)斷續(xù)模式故障定時器檢測256個連續(xù)周期的電流限制時，內(nèi)部重啟定時器強(qiáng)制控制器進(jìn)入低功耗待機(jī)模式，并開始灌出10uA?電流進(jìn)入RES引腳電容CRES。在此待機(jī)模式下，HO和LO輸出被禁用，且軟啟動電容SSC被放電。CRES從RES引腳連接至AGND，以決定LM5117自動重啟之前保持待機(jī)的時間（tRES）。當(dāng)RES引腳電壓超過1.25VRES閾值時，RES電容被放電，并開始一個軟啟動順序。

　　RT引腳：LM5117開關(guān)頻率是通過RT引腳和AGND引腳之間連接的一個外部電阻來設(shè)定的。該電阻應(yīng)位于非?？拷骷奈恢?，并直接連接至RT和AGND引腳。

　　AGND：模擬接地。內(nèi)部0.8V電壓基準(zhǔn)電路和模擬電路的回路。

　　VCCDIS引腳：VCCDIS有一個內(nèi)部500KΩ下拉電阻，當(dāng)此引腳浮置時，可啟用VCC穩(wěn)壓器。

　　FB、COMP：取自FB引腳輸出的電阻（RFB1、RFB2）分壓信號可設(shè)定輸出電壓電平。內(nèi)部高增益誤差放大器可以產(chǎn)生一個與FB引腳電壓和內(nèi)部高精度0.8V基準(zhǔn)之差成正比的誤差信號。連接至COMP引腳的誤差放大器的輸出允許用戶實(shí)現(xiàn)II型環(huán)路補(bǔ)償元件，即RCOMP、CCOMP和可選的CHF。

　　CM：它提供檢測到的電感電流平均值。監(jiān)視器直接連在CM和AGND之間，不使用此引腳時CM應(yīng)浮置。

　　RAMP:SW引腳、RAMP引腳和AGND引腳之間連接的外部電阻和電容用來設(shè)置PWM斜坡斜率。選擇合適的元件值以此產(chǎn)生一個RAMP斜坡信號。

　　CS、CSG：用于傳統(tǒng)電流模式控制的脈寬調(diào)制器斜坡信號通常直接來自于高邊開關(guān)管電流。此開關(guān)電流與電感電流的正斜率部分相符。使用此信號的PWM斜坡可將控制環(huán)路傳遞函數(shù)簡化為一個極點(diǎn)響應(yīng)，同時可實(shí)現(xiàn)固有的輸入電壓前饋補(bǔ)償。使用高邊開關(guān)電流信號進(jìn)行PWM控制的缺點(diǎn)是前沿尖峰很大，因?yàn)楸仨氝^濾或消隱電路的寄生效應(yīng)。利用一個高邊電流檢測電路，通過濾波、消隱時間和傳播延遲可限制最小可實(shí)現(xiàn)脈沖寬度。在輸入電壓可能高于輸出電壓的應(yīng)用場合，控制小脈沖寬度和占空比對穩(wěn)壓非常必要。LM5117采用了一個獨(dú)特的斜坡發(fā)生器，它實(shí)際上并不測量高邊開關(guān)管電流，而是重建這個信號。表征或仿真電感器電流為PWM比較器提供了一個斜坡信號，此信號沒有前沿尖峰，也無需測量或?yàn)V波延遲，同時保持了傳統(tǒng)峰值電流模式控制的優(yōu)點(diǎn)。電流重建由兩部分組成：采樣和保持直流電平和仿真的電感電流斜坡，如圖8所示。采樣和保持直流電平是由測量流經(jīng)電流檢測電阻的循環(huán)電流得出的。只有在高邊開關(guān)管的下一個傳導(dǎo)時間間隔開始之前，才能對檢測電阻兩端的電壓采樣和保持。電流檢測放大器的增益為10，采樣和保持電路提供了重建電流信號的直流電平，正斜率電感電流斜坡是通過連接在RAMP和AGND之間的RAMPC，以及連接在SW和RAMP之間的RAMPR進(jìn)行仿真的RAMPR不應(yīng)直接連接至VIN，因?yàn)樵诟咻斎腚妷簵l件下，電壓可能超過RAMP引腳的絕對最大額定電壓。在關(guān)斷時間內(nèi)，CRAMP通過一個內(nèi)部開關(guān)管放電，且在最小關(guān)斷時間內(nèi)必須完全放電。

　　PGND：低邊NMOS柵極驅(qū)動器的電源接地返回引腳。直接連接至電流檢測電阻的低邊。

　　LO、HO:LM5117包含幾個大電流NMOS驅(qū)動器和一個相關(guān)的高邊電平轉(zhuǎn)換器，以驅(qū)動外部高邊NMOS器件。這個高邊柵極驅(qū)動器與一個外部二極管DHB及一個自舉電容配合工作。自舉電容以短走線連接在HB和SW引腳之間。在高邊NMOS驅(qū)動器的關(guān)斷時間內(nèi)，SW引腳電壓約為0V，CHB經(jīng)DHB從VCC充電。當(dāng)運(yùn)行在高PWM占空比時，高邊NMOS器件每個周期被迫關(guān)閉320ns，以確保CHB被充電。此設(shè)計(jì)中選用CSD18532KCSMOS場效應(yīng)管減小功耗。LO、HO分別與MOS管柵極相連。

　　SW：降壓穩(wěn)壓器的開關(guān)節(jié)點(diǎn)。高邊NMOS晶體管的源端和低邊NMOS的漏端通過一條短而低電感的路徑連接至自舉電容。

　　HB：用于自舉柵極驅(qū)動的高邊驅(qū)動器電源。連接至外部自舉二極管的陰極和自舉電容。自舉電容提供電流為高邊NMOS柵極充電，應(yīng)盡可能靠近控制器放置。

　　VIN:VCC穩(wěn)壓器電源電壓輸入源。