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LM5117中文数据手册.pdf

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资源描述

1、LM5117采用模拟电流监视器的宽输入范围同步降压控制器一般说明LM5117 是一款同步降压控制器,适用于高电压或各种输入电源的降压型稳压器应用。其控制方法基于采用仿真电流斜坡的电流模式控制。电流模式控制具有固有的输入电压前馈、逐周期电流限制和简化环路补偿的功能。使用仿真控制斜坡可降低脉宽调制电路对噪声的敏感度,有助于实现高输入电压应用所必需的极小占空比的可靠控制。LM5117 的工作频率可以在 50 kHz 至 750 kHz 范围内设定。LM5117 可利用自适应死区时间控制来驱动外部高边和低边 NMOS 功率开关管。用户可选的二极管仿真模式可实现非连续模式操作,提高轻负载条件下的效率。高

2、电压偏置稳压器可利用外部偏置电源进一步提高效率。LM5117 独特的模拟遥测功能可提供平均输出电流信息。其他功能还包括热关断、频率同步、断续 (hiccup) 模式电流限制和可调输入欠压锁定。主要特点 仿真峰值电流模式控制 5.5V 至 65V 宽工作电压范围 稳定的 3.3A 峰值栅极驱动 自适应死区时间输出驱动器控制 自由运行或同步高达 750 kHz 的时钟 可选的二极管仿真模式 0.8V 可编程输出 精度为 1.5 的电压基准 模拟电流监视器 可编程电流限制 断续模式过流保护 可编程软启动和跟踪 可编程输入欠压锁定 可编程切换至外部偏置电源 热关断 封装 TSSOP-20EP (耐热增

3、强型) LLP-24 (4 mm 4 mm)典型应用LM5117 采用模拟电流监视器的宽输入范围同步降压控制器2011年5月25日 2011 美国国家半导体公司 301432本文是 National Semiconductor 英文版的译文,本公司不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何内容的准确性,请参考本公司提供的英文版。连线图30143279顶视图20 引脚 TSSOP EP30143202顶视图LLP-24 (4 mm 4 mm)订购信息订购号 封装类型 NSC 封装图纸 供货方式 特点LM5117PMH TSSOP-20EP MXA20A 每排 73 只 LM5117P

4、MHE TSSOP-20EP MXA20A 250 只带装和卷装LM5117PMHX TSSOP-20EP MXA20A 2500 只带装和卷装LM5117PSQ LLP-24 SQA24A 1000 只带装和卷装LM5117PSQE LLP-24 SQA24A 250 只带装和卷装LM5117PSQX LLP-24 SQA24A 4500 只带装和卷装 2LM5117引脚描述TSSOP引脚LLP引脚名称 说明1 24 UVLO 欠压锁定编程引脚。当 UVLO 引脚低于 0.4V 时,稳压器处于关断模式,所有功能被禁用。如果 UVLO 引脚电压高于 0.4V 并低于 1.25V,稳压器随 VC

5、C 稳压器运行而处于待机模式,此时 SS 引脚接地,且 HO 和 LO 输出端不会切换。如果 UVLO 引脚电压高于 1.25V,SS 引脚允许电压上升,同时脉宽调制栅极驱动信号传递至 HO 和 LO 引脚。当 UVLO 超过 1.25V,且流经外部 UVLO 电阻时,20 A 灌电流被激活以提供迟滞。2 1 DEMB 可选逻辑输入可以在低态时启用二极管仿真。在二极管仿真模式下,在检测到反向电流流过 (电流从输出到地流经低边 NMOS) 后,低边 NMOS 在 PWM 周期的其余部分被锁断。当 DEMB 为高电平时,二极管仿真被禁用,从而允许电流在任一方向流过低边 NMOS。如果该引脚浮置,L

6、M5117 内部的 50 k 下拉电阻可保持 DEMB 引脚为低电平,并启用二极管仿真。3 2 RES 重启定时器引脚可配置打嗝限流模式。在自动重启前,RES 引脚上的电容器决定控制器处于关闭状态的时间。当控制器经过逐周期电流限制的 256 个连续 PWM 周期时,打嗝模式开始。在此之后,10 A 灌电流对 RES 引脚电容充电至 1.25V 阈值,并重启 LM5117。4 3 SS在软启动期间,外部电容和内部 10 A 灌电流可设置误差放大器基准的斜率。当 VCC 1.25V,内部 VCC 稳压器被禁用。VCCDIS 有一个内部 500 k 下拉电阻,当此引脚浮置时,可启用 VCC 稳压器。

7、用一个连接至外部偏置电源的电阻分压器上拉 VCCDIS 至 1.25V 以上,可以重写 (override) 500 k 内部下拉电阻。8 8 FB 反馈。内部误差放大器的反相输入。取自此引脚输出的电阻分压信号可设定输出电压电平。FB 引脚的调节阈值为 0.8V。9 9 COMP 内部误差放大器的输出。环路补偿网络应连接在此引脚和 FB 引脚之间。10 10 CM 电流监视器输出。它提供检测到的电感电流平均值。监视器直接连在 CM 和 AGND 之间。不使用此引脚时 CM 应浮置。 11 11 RAMP PWM 斜坡信号。SW 引脚、RAMP 引脚和 AGND 引脚之间连接的外部电阻和电容用来

8、设置 PWM 斜坡斜率。选择合适的元件值可产生一个 RAMP 斜坡信号,它可以用一个与输入电压成正比的斜坡来仿真电感的交流分量。 12 12 CS 电流检测放大器输入。连接至电流检测电阻的高边。13 13 CSG 至电流检测电阻的开尔文 (Kelvin) 接地连线。直接连接至电流检测电阻的低边。14 14 PGND 低边 NMOS 栅极驱动器的电源接地返回引脚。直接连接至电流检测电阻的低边。15 15 LO 低边 NMOS 栅极驱动输出。通过一条短而低电感的路径连接至低边同步 NMOS 晶体管的栅极。16 16 VCC 偏置电源引脚。利用尽可能靠近控制器的低 ESR/ESL 电容对 PGND

9、本地去耦。17 18 SW 降压稳压器的开关节点。高边 NMOS 晶体管的源端和低边 NMOS 的漏端通过一条短而低电感的路径连接至自举电容。3 LM5117TSSOP引脚LLP引脚名称 说明18 19 HO 高边 NMOS 栅极驱动输出。通过一条短而低电感的路径连接至高边 NMOS 晶体管的栅极。19 20 HB 用于自举栅极驱动的高边驱动器电源。连接至外部自举二极管的阴极和自举电容。自举电容提供电流为高边 NMOS 栅极充电,应尽可能靠近控制器放置。20 22 VIN VCC 稳压器电源电压输入源。EP EP EP 封装的裸露焊盘。需要电气隔离。应焊接到接地平面,以减少热阻。 6 NC 无

10、电气接触。17 NC 无电气接触。21 NC 无电气接触。23 NC 无电气接触。 4LM5117绝对最大额定值 ( 注释 1 )VIN 至 AGND -0.3 至 75VSW 至 AGND -3.0 至 75VHB 至 SW -0.3 至 15VVCC 至 AGND ( 注释 2 ) -0.3 至 15VHO 至 SW -0.3 至 HB +0.3VLO 至 AGND -0.3 至 VCC +0.3VFB、DEMB、RES、VCCDIS,UVLO 至 AGND-0.3 至 15VCM、COMP 至 AGND ( 注释 3 ) -0.3 至 7VSS、RAMP、RT 至 AGND -0.3 至

11、 7VCS、CSG、PGND 至 AGND -0.3 至 0.3VESD 额定 HBM ( 注释 4 ) 2 kV存储温度 -55C 至 +150 C结点温度 +150C工作额定值 ( 注释 1 )VIN (注释 5 ) 5.5V 至 65VVCC 5.5V 至 14VHB 至 SW 5.5V 至 14V结点温度 -40C 至 +125 C电气特性 用标准字体表示的数值仅用于 在 TJ= 25 时;使用 粗 体 字 体 表示的极限值适 用 于 结点温度范围 在 -40 至 +125 之间。最小和最大极限值通过测试、设计或统计数据得以保证。典型值代表 TJ= 25 时标准参数值,仅供参考。除非另

12、有规定,适用下列条件:VVIN= 48V,VVCCDIS= 0V,RT= 25 k,LO 和 HO 无负载。标识 参数 工作条件 最小值 典型值 最大值 单位VIN 电源IBIASVIN 工作电流 ( 注释 6 ) VSS= 0V 4.8 6.2 mAVSS= 0V, VVCCDIS= 2V 0.4 0.55 mAISHUTDOWNVIN 关断电流 VSS= 0V, VUVLO= 0V 16 40 AVCC 稳压器VCC(REG)VCC 调节 无负载 6.85 7.6 8.2 VVCC 压差 (VIN 至 VCC) VVIN= 5.5V, 没有外部负载 0.05 0.14 VVVIN= 6.0

13、V, ICC= 20 mA 0.4 0.5 VVCC 灌电流限制 VVCC= 0V 30 42 mAIVCCVCC 工作电流 ( 注释 6 ) VSS= 0V, VVCCDIS= 2V 4.0 5.0 mAVSS= 0V, VVCCDIS= 2V, VVCC= 14V 5.8 7.3 mAVCC 欠压阈值 VCC 上升 4.7 4.9 5.15 VVCC 欠压迟滞 0.2 VVCC 禁用VCCDIS 阈值 VCCDIS 上升 1.22 1.25 1.29 VVCCDIS 迟滞 0.06 VVCCDIS 输入电流 VVCCDIS= 0V -20 nAVCCDIS 下拉电阻 500 kUVLOUV

14、LO 阈值 UVLO 上升 1.22 1.25 1.29 VUVLO 迟滞电流 VUVLO= 1.4V 15 20 25 AUVLO 关断阈值 UVLO 下降 0.3 0.4 VUVLO 关断迟滞 0.1 V软启动ISSSS 灌电流 VSS= 0V 7 10 12 ASS 下拉电阻 13 24误差放大器VREFFB 输入偏置电流 测量条件 FB, FB = COMP 788 800 812 mVFB 输出高电压 VFB= 0.8V 1 nAVOHCOMP 输出高电压 ISOURCE= 3 mA 2.8 VVOLCOMP 输出低电压 ISINK= 3 mA 0.26 VAOL直流增益 80 dB

15、fBW单位增益带宽 3 MHzPWM 比较器tHO(OFF)强制 HO 关断时间 260 320 440 ns5 LM5117标识 参数 工作条件 最小值 典型值 最大值 单位tON(MIN)最小 HO 导通时间 VVIN= 65V 100 nsCOMP 至 PWM 比较器偏移 1.2 V振荡器fSW1频率 1RT= 25 k180 200 220 kHzfSW2频率 2RT= 10 k430 480 530 kHzRT 输出电压 1.25 VRT 同步正阈值 2.6 3.2 3.95 V同步脉冲宽度 100 ns电流限制VCS(TH)逐周期检测电压阈值 VRAMP= 0, CSG 至 CS

16、106 120 135 mVCS 输入偏置电流 VCS= 0V -100 -66 ACSG 输入偏置电流 VCSG= 0V -100 -66 A电流检测放大器增益 10 V/V断续模式故障定时器 256 周期RESIRESRES 灌电流 10 AVRESRES 阈值 RES 上升 1.22 1.25 1.285 V二极管仿真VILDEMB 输入低阈值 2.0 1.65 VVIHDEMB 输入高阈值 2.95 2.5 VSW 零交叉阈值 -5 mVDEMB 输入下拉电阻 50 k电流监视器电流监视器放大器增益 CS 至 CM 17.5 20.5 23.5 V/V零输入偏移 25 120 mVHO

17、 栅极驱动器VOHHHO 高态压降 IHO= 100 mA, VOHH= VHB- VHO0.17 0.3 VVOLHHO 低态压降 IHO= 100 mA, VOLH= VHO- VSW0.1 0.2 VHO 上升时间 C-负载 = 1000 pF ( 注释 7 ) 6 nsHO 下降时间 C-负载 = 1000 pF ( 注释 7 ) 5 nsIOHH峰值 HO 灌电流 VHO= 0V, SW = 0V, HB = 7.6V 2.2 AIOLH峰值 HO 抽电流 VHO= VHB= 7.6V 3.3 AHB 至 SW 欠压 2.56 2.9 3.32 VHB 直流偏置电流 HB - SW

18、= 7.6V 65 100 ALO 栅极驱动器VOHLLO 高态压降 ILO= 100 mA, VOHL= VCC-VLO0.17 0.27 VVOLLLO 低态压降 ILO= 100 mA, VOLL= VLO0.1 0.2 VLO 上升时间 C-负载 = 1000 pF ( 注释 7 ) 6 nsLO 下降时间 C-负载 = 1000 pF ( 注释 7 ) 5 nsIOHL峰值 LO 灌电流 VLO= 0V 2.5 AIOLL峰值 LO 抽电流 VLO= 7.6V 3.3 A开关特性TDLHLO 下降至 HO 上升延迟 无负载 72 nsHO 下降至 LO 上升延迟 无负载 71 ns热

19、TSD热关断 温度上升 165 C热关断迟滞 25 CJA结点至环境 TSSOP-20EP 40 C/W 6LM5117标识 参数 工作条件 最小值 典型值 最大值 单位JC结点至外壳 TSSOP-20EP 4 C/WJA结点至环境 LLP-24 (4 mm x 4 mm) 40 C/WJC结点至外壳 LLP-24 (4 mm x 4 mm) 6 C/W注释 1:绝对最大额定值为极限值。超过极限值会导致器件损坏。额定工作值是保证器件正常工作的条件。关于规范保证和测试环境,请参阅电气特性表。注释 2:当输入电源电压低于 VCC 电压时,请参阅应用信息。注释 3:这些引脚是输出引脚。因此,这些引脚

20、未规定外部施加的电压。注释 4:人体模型是通过一个 100 pF 电容器经 1.5 k 电阻向每个引脚放电进行模拟的。注释 5:最小 VIN 工作电压是由内部HV启动稳压器提供的 VCC 决定的,VCC 上没有外部负载。当 VCC 由外部电源供电时,最小 VIN 工作电压为 4.5V。注释 6:工作电流不包括进入 RT电阻的电流。注释 7:高基准和低基准分别为脉冲幅度的 80 和 20。 7 LM5117典型性能特性 HO 峰值驱动器电流与输出电压的关系30143203LO 峰值驱动器电流与输出电压的关系30143204驱动器死区时间与 VVCC的关系30143205驱动器死区时间与温度的关系

21、30143206强制 HO 关断时间与温度的关系30143207开关频率与 RT的关系 8LM5117HO 输出电压 (V)LO 下降至 HO 上升HO 下降至 LO 上升LO 下降至 HO 上升HO 下降至 LO 上升灌 灌抽 抽峰值电流 (A)死区时间 (ns)强制 HO 关断时间 (ns)死区时间 (ns)频率 (kHz)峰值电流 (A)LO 输出电压 (V)温度 ()温度 ()VVCC与 IVCC的关系30143209VVCC与 VVIN的关系30143269VCS (TH)与温度的关系30143270VREF与温度的关系30143271VVCC与温度的关系30143273误差放大器增

22、益和相位与频率的关系3014321629 LM5117增益 (dB)相位温度 ()频率 (kHz)无负载相位VIN 上升VIN 下降增益温度 ()温度 ()VCM与 IOUT的关系30143272VCM与 VCSG-CS的关系 10LM5117同步整流二极管仿真框图和典型应用电路30143210图 1:框图和典型应用电路11 LM5117电平转换/自适应 定时器 二极管仿真控制ZCD比较器HO驱动器启用待机待机待机待机断续C/L比较器PWM比较器RES电流重新启动定时器断续模式故障定时器 256 个周期待机VCC OFF热关断 UVLO 迟滞电流UVLO 阈值VCCDIS 阈值SS电流UVLO

23、关断阈值振荡器同步检测器待机VCC OFF重新启动VCC 稳压器调节器LO 驱动器 电流检测放大器电流监控器放大器功能描述LM5117 高电压开关控制器具有实现宽输入工作电压的高效高电压降压型稳压器所有必要的功能。这种易于使用的控制器集成了高边和低边 NMOS 驱动器。稳压器控制方法基于仿真电流斜坡的峰值电流控制模式。峰值电流模式控制提供了固有的输入电压前馈、逐周期电流限制,同时简化了环路补偿。使用仿真控制斜坡可降低 PWM 电路的噪声敏感度,有助于可靠处理高输入电压应用所必需的极小占空比。LM5117 的用户可编程开关频率高达 750 kHz。RT 引脚允许通过一个电阻或同步至外部时钟对开关

24、频率进行编程。故障保护功能包括逐周期和打嗝模式电流限制、热关断及远程关断功能,拉低 UVLO 引脚即可实现。UVLO 输入可以在输入电压达到用户选择阈值时启用稳压器,拉低时可提供非常低的静态关断电流。独特的模拟遥测功能提供了平均输出电流信息,适用于需要电流监控或电流控制的各种应用。LM5117 的功能框图和典型应用电路如 图 1 所示。该器件采用裸露焊盘的 SSOP-20EP 和 LLP24 封装,以帮助散热。高电压启动稳压器和 VCC 禁用LM5117 包含一个内部高电压偏置稳压器,为 PWM 控制器和 NMOS 栅极驱动器提供了 VCC 偏置电源。VIN 引脚可连接高达 65V 的输入电压

25、源。VCC 稳压器的输出设置为 7.6V。当输入电压低于 VCC 设定点电平时,VCC 输出可用一个小压降来跟踪 VIN。VCC 稳压器的输出电流限制在最小 30 mA。上电时,稳压器灌电流进入连接至 VCC 引脚的电容器。建议的引脚 VCC 的电容范围为 0.47 F 至 10 F。当 VCC 引脚电压超过 VCC UV 阈值且 UVLO 引脚电压高于 UVLO 阈值时,HO 和 LO 驱动器被启用,开始软启动顺序。HO 和 LO 驱动器保持启用状态,直到 VCC 引脚电压降至低于 VCC UV 阈值;UVLO 引脚电压降至低于 UVLO 阈值,或片芯温度超过热关断阈值时,则断续模式被激活。

26、来自偏置电源的输出电压可以施加在 VCC 引脚上,以降低较高输入电压条件下的控制器功耗。当采用外部偏压时,VCCDIS 输入可用来禁用内部 VCC 稳压器。外部提供的偏压应经一个二极管耦合至 VCC 引脚,最好是一个肖特基二极管。如果 VCCDIS 引脚电压超过 VCCDIS 阈值,内部 VCC 稳压器被禁用。VCCDIS 有一个 500 k 的内部下拉接地电阻,为的是在没有外部偏压时可以正常运行。VCC 稳压器串联传输晶体管 (pass transistor) 包括一个连接在VCC (阳极) 和 VIN (阴极) 之间的二极管,它在正常运行时不应该正向偏置。如果外部偏置电源电压高于 VIN

27、引脚电压,从输入电源至 VIN 引脚需要连接一个外部阻流二极管 (blocking diode),以防止外部偏置电源经 VCC 将电流送入输入电源。30143211图 2:VVIN-1,经过几个周期后,扰动就会自然消失。当dI1/dI0IOUT/2。在这个例子中,使用了 7 个 3.3 F 陶瓷电容器。使用陶瓷电容器,输入纹波电压将为三角波。输入纹波电压可近似表示为:并联的电容器值应根据 RMS 电流额定值来估算。输入电容之间的电流分配基于开关频率下电容器的相对阻抗。VIN 滤波器 RVIN、CVINVIN 上的 R-C 滤波器 (RVIN、CVIN) 是可选的。滤波器有助于防止注入到 VIN

28、 引脚的高频开关噪声引起的故障。在这个例子中,CVIN使用了 0.47 F 陶瓷电容器。RVIN选定为 3.9。软启动电容 CSSSS 引脚的电容 (CSS) 决定软启动时间 (tSS),它是达到最终稳压值的输出电压持续时间。一个给定 CSS的 tSS可以用公式 (8) 计算如下:对于这个例子,软启动时间为 8 ms,CSS选择的值为 0.1 F。重启电容器 CRESRES 引脚的电容 (CRES) 决定 tRES,它是 LM5117 在以断续模式电流限制尝试重新启动之前处于关闭状态的时间。从公式 (13)可以计算出给定 CRES的 tRES:对于这个例子,重新启动时间为 59 ms,CRES

29、选择的值为 0.47 F。输出分压器 RFB2和 RFB1RFB1和 RFB2设置输出电压电平。这些电阻的比值计算公式为:RCOMP和 RFB2之间的比值决定了中频增益 AFB_MID。较大值 的 RFB2可能需要相应较大值的 RCOMP。RFB2应足够大,以使分压器总功耗很小。在这个例子中,RFB2选择了 4.99 k,其结果是 12V 输出的 RFB1值为 357。环路补偿元件 CCOMP、RCOMP和 CHFRCOMP、CCOMP和 CHF可配置误差放大器增益和相位特性,以产生一个稳定的电压环路。为了迅速开始工作,可按照下面列出的 4 个步骤进行。有关详细信息,请参阅应用信息。第一步:选

30、择 fCROSS通过选择十分之一的开关频率,fCROSS可计算如下:25 LM5117第二步:确定所需的 RCOMP已知 fCROSS,RCOMP可计算如下:RCOMP选择的标准值为 27.4 k。第三步:确定 CCOMP以消除负载极点已知 RCOMP,CCOMP可计算如下:CCOMP选定的标准值为 22 nF。第四步:确定 CHF,以消除 ESR 零点已知 RCOMP和 CCOMP,CHF可计算如下:假设最大 ESR 的一半为 ESR 典型值。CHF选定的标准值为180 pF。 26LM5117应用电路30143221图 19:12V,9A 典型应用原理图27 LM5117恒流型稳压器实例

31、利用作为反馈输入的电流监视功能 (CM),LM5117 可以配置为一个恒流型稳压器。取自 VOUT 至 AGND 的 VCCDIS 引脚的分压信号可用来防止输出过压。当 VCCDIS 引脚电压高于 VCCDIS 阈值时,控制器关闭 VCC 稳压器,VCC 引脚电压下降。当 VCC 引脚电压低于 VCC UV 阈值时,HO 和 LO 输出停止切换。由于 VCC 所需的时间延迟衰减到 VCC UV 阈值以下,过压保护在断续模式下运行。参见 。30143282图 20:断续模式输出 OVP 的恒流型稳压器 28LM5117图 20断续模式 OVP触发为 13.4V电流控制 (CC)CC 模式: 2A

32、LM5117 也可以配置为一个恒压和恒流型稳压器,即所谓 CV+CC 稳压器。在此配置中,与峰值逐周期电流限制的电感电流相比,其电流限制的变化要小得多。LMV431 和 PNP 晶体管可在电流环路中建立一个电压-电流放大器。当输出电流小于电流限制设定点时,此放大器电路不影响正常运行。当输出电流高于电流限制设定点时,PNP 晶体管灌出一个电流进入 CRAMP,并在输出电流小于或等于电流限制设定点之前,增加仿真电感电流斜坡的正斜率。参见 和 。30143283图 21:精确电流限制的恒压型稳压器301432145图 22:电流限制比较29 LM5117电流控制 (CC)电流控制 (CV)有电流控制电路无电流控制电路CV 模式:5VCC 模式:2A图 21 图 22带裸露焊盘的 20 引脚 TSSOP NS 封装号 MA20A24 引脚 LLPNS 封装号 SQA24A 30LM5117物理尺寸 除非另有说明,否则均以英寸 (毫米) 为单位尺寸为毫米加()的尺寸仅供参考尺寸为毫米加()的尺寸仅供参考底面裸露焊盘所有引脚前端所有引脚前端细节 A典型值底座面栅极面顶部和底部见细节 A建议的接点格局建议的接点格局

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