功率电感：如何设计高效率大电流直流稳压电源（一）

1、 MP1593 的结构及工作原理简介

     MP1593 是美国MPS 公司（Monolithic PowerSystems，Inc） 研制生产的一款降压型（Step -down）DC-DC 器件，它采用8 pin 小型SOP 封装，体积很小，只有5mm×4mm×1.5mm 大小。该IC允许输入的电压范围从4.75~28V，输出电流最高可达3A，其最高工作效率可达95％。该IC 典型的数据为：当输入12V， 输出为5V，且电流达到2.5A时，其工作效率为90％。在这样高电压差、大电流电感的情况下，该IC 连续工作24 小时也无需加装任何散热器，可见其功耗非常之小。另外，该集成电路的外围电路也十分简单，非常容易应用。

　　图1 是MP1593 典型的外部应用电路及部分内部原理图

　　图1 MP1593 典型的外部应用电路及部分内部原理图

　　该集成电路的工作原理简述如下：

　　输入电压Vin 从集成电路的pin 2 端进入，这时如果在pin 7（ Enable） 端加高电平（+5V 左右），则IC 被启动进入到工作状态。在时间Ton（ 导通时间） 内，输入电压通过导通的MOS 管V1 从IC 的pin 3 端输出，加在电感L1 的左端，该电压经过L1与电容C5 组成的滤波电路向负载RL 供电，同时在功率电感L1 上储存了电能。在时间Toff（ 关断时间）内，MOS 管V1 处于关断状态，这时，在储能元件电感L1 上产生的自感电压为左负右正，因此加在二极管D1 上的电压是正向偏置电压，致使二极管导通，于是，绕线电感L1 与二极管D1 及负载RL 形成了一个放电回路，电感L1 上储存的电能向负载RL 释放，以提供负载RL 所需的电能。电路中各点的波形如（图2）所示。

　　图2 电路中各点的波形图

　　输出电压Vout 的稳压控制过程简述如下。

　　电阻R1 与R2 组成的分压电路从输出电压Vout端取出采样电压，然后通过pin 5 端送到IC 内部的误差电压放大器Y3 的反相输入端，与IC 内部设置的加在同相端的基准电压1.22V 进行比较，从而使误差电压放大器Y3 的输出电压Ua 产生相应的变化，此电压Ua 被送到IC 内部的电流比较器Y2 的反相输入端；另一方面，IC 内部电阻R ＇通过对输出回路中一体成型电感器厂的电流进行采样，取得一个采样电压。此电压经电流传感放大器Y1 进行放大后得到电压Ub，此电压被送到电流比较器Y2 的同相输入端。这两个电压Ua 和U插件电感生产厂家b 共同决定了电流比较器Y2 的输出电压Uc 的大小，而电压Uc 就是IC 内部的逻辑电路的输入控制信号。通过逻辑电路的控制，改变MOS管V1 的通断相对时间长短，也就是改变了电感L1上的充电和放电时间的长短，即Ton（ 导通时间） 和Toff（ 关断时间）的相对长短，从而改变了电感上平均电压的大小，也就是改变了输出电压Vout 的大小，最终实现了对输出电压Vout 的稳压控制。整个稳压过程实质上是一个反馈控制过程。从以上所述的稳压控制过程中，我们看到：只要改变外部电阻R1 与R2 的比值，就可以改变采样电压的大小，从而也就改变了输出电压Vout 的大小，事实上，该电路就是通过调节电阻R1 与R2 的比值来实现对输出电压Vout 大小的调节。

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