一种高效升压DC-DC转换器LM2731的应用设计
2007年6月14日黎新云
(顺德职业技术学院电子工程系，广东 顺德 )
0 引言
便携式终端设备通常既要为处理器及功率放大器提供准确的低纹波电压，又要延长这类设备的电源使用寿命。很多高频终端设备都需要用到DC-DC升压IC。虽然线性系统可以提供3.3 V或者5 V电压，但系统往往还需要9 V、12 V、15 V甚至更高的电压。而市场上输入电压为3.3 V或5 V且功率大于2 W的IC又比较少见。为此，本文介绍的LM2731芯片，该系列IC不但外型小巧，而且性能卓越，是解决上述问题的理想方案。
1 LM2731转换器
LM2731是美国NS推出的两款高性能超小型升压稳压器之一。该产品不但能以600 kHz或1.6MHz的开关频率进行操作，而且还可利用电流模式控制负载及线性稳压。LM2731芯片内含22 V、15 A开关。对于外型小巧的新一代相机来说，LM2731芯片无疑是一个理想的电源解决方案，因为它可为相机的闪光灯系统提供足够的电能。
2 LM2731的工作原理
LM2731是一个升压转换器，其运行的固定频率为0.6 MHz或1.6 MHz，可确保芯片在较广阔的输入电压范围内做出快速反映，图1所示是LM2731的内部结构框图。LM2731可以支持电流模式控制，其内部33 mΩ电阻与FET开关串联的目的是为脉宽调制比较器输入和限流放大器提供电源(此电压与FET电流成比例)。在每一个周期开始，S-R触发器使FET导通，随着通过FET电流的增加，与电流成比例的电压将与来自线性斜坡发生器的斜坡信号相加，然后送入PWM比较器的输入端。当该电压超过另一个输人端电压(此电压来自GM放大器)时，触发器复位并关闭FET。此时由于来自于GS放大器的信号源与输出端的反馈，所以，PWM比较器会不断地为FET提供正确地峰值电流，以便正常提供输出电压。
在图1中，Q1、Q2和R3、R6相连形成了一个能级基准源，为的是给集成电路提供稳定的输出。流过Q1和Q2的电流是相等的，这是因为反馈回路会调整输出以确保流过Q1和Q2的电流相等。正因为如此，经过调整的输出电压总是与通过输出电阻分压器分压得到的FB的节点电压相等。
限流比较器可直接为触发器提供电流，以便触发器能够驱动FET开关。若FET电流达到门限值，FET则关闭，并终止该运行周期，直到下一个时钟脉冲到来。不管PWM比较器的输出状态如何，输入电流达到门限值都会使脉冲中断。
3 LM2731的外围电路设计对LM2731外围电路中电容的选择，应考虑直流额定电压、最大电源输出纹波电压、电源稳定性等因素。电容额定电压必须大于输出电压，一般至少要比输出电压高出10％，以控制纹波和瞬态响应。一般选择电解电容，因为电解电容都有很低的ESR (equivalent series resistance)和很高的频率响应，这样才能适应高频转换。输出电容值在4.7～10 μF即可满足大部分应用。而输人电容则需要充当能量存贮器。它需要超低的ESR，故应选择2.2μF或者更大的陶瓷电容。这种电容需要减少输入纹波电压。尽管内部有补偿电容，前向反馈电容必须是很稳定的。前向反馈电容的计算公式一般为：
输出电感L具有存储能量和滤去纹波两大功能，因此，电感的选择主要是由输入、输出电压，以及开关频率决定的。电感的额定电流必须大于最大输出电流(本设计为0.3 A)，电感值的选取可以由下式计算得到：
式中，L为临界电感量；Uo为输出电压；D为占空比；TS为开关工作频率；Io为输出电流。外围二极管一般可采用Schottky二极管。本设计采用的是MBR0520。MBR05XX系列二极管的最大平均电流为0.5 A。4 基于LM2731的LED驱动电路图2所示是由4.2 V电池供电，可驱动24个LED (1.5 V／50 mA)的实际电路，笔者设计时是把24个LED分成4组串联，每组6个LED，这样，每组的电压即为9 V，电流为300 mA。本设计中，R2的电阻值为(1.2 V／300 mA)为4Ω。这样，就可以轻松解决24个LED的驱动问题，并可取得很好的效果。
5 结束语本设计采用了一种新的控制方案，整个系统结构简单，性能稳定，反应灵敏，调压精度高。此外，该电路无须调整，加电即可工作，而且输出电压非常稳定。来源：中电网--本文摘自《电子元器件应用》
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