超宽输入电压范围降压和降压-升压双模式控制器LM5118及其应用设计

　　1、概述

　　LM5118是美国国家半导体公司(NS)近期推出的一种高压开关控制器IC，它仅需要非常少量的外部元件，就可以构建降压(Buck)或降压—升压(Buck-Boost)开关稳压器拓扑。LM5118输入电压范围达3~75V，开关频率从50KHz到500KHz可编程。LM5118内含高端降压 MOSFET和低端升压MOSFET驱动器，能够提供2A的峰值电流。LM5118利用仿真电流斜坡采用峰值电流模式控制，提供增强的线路前馈和逐周电流限制，并且易于进行环路补偿。振荡器同步脚允许多个ML5118自动同步或同步到外部时钟上，故障保护功能除了电流限制外，还包含热关闭和遥控关闭能力。

　　2、LM55118引脚功能及其工作原理

　　2.1 引脚功能

　　LM5118采用TSSOP-20EP封装，引脚排列如图1所示。附表列示了LM5118各个引脚的功能。

　　2.2 工作原理

　　LM5118的内部结构及其应用电路如图2所示。

　　LM5118含有一个双模式高压线性稳压器，以为PWM控制器和MOSFET栅极驱动器提供Vcc偏置电源。VIN输入脚可以直接连接到高达75V的输入电压上。如果VIN<10V，内部低压差开关将会使Vcc直接与VIN相连接，并且Vcc≈VIN。当VIN >10V时，内部低电压降落开关失能，而Vcc稳压器赋能，使Vcc保持在7V。利用双模式稳压器，输入电压范围在不低于5V的启动电压上可以达 3~75V。

　　当Vcc脚上的电压超过其欠电压门限3.7V，并且UVLO脚上的电压超过1.23V，栅极驱动器输出则使能，软启动时序则开始。一旦Vcc脚上电压低于3.5V，或者UVLO脚上的电压低于1.13V，栅极驱动器输出则被禁止。

　　为减小IC的功率耗散，可以在IC的VCCX脚施加一个辅助电源电压。当输出电压为4~15V时，VCCX脚可以直接连接到VOUT端。在VCCX脚上的电压高于3.85V时，Vcc稳压器截止，内部开关将VCCX和Vcc连接在一起，以减小内部的功耗。

　　LM5118含有使能功能，只要引脚EN上的电压高于3V，IC将进入正常操作;当EN脚上的电压低于0.5V时，IC则进入关闭状态，仅消耗不到10A的电流。

　　ML5118在Buck或Buck-Boost双模式下工作。

　　当VIN>VOUT时，ML5118工作在Buck模式。在该工作模式，Buck开关Q1导通，Boost开关Q2截止。当Q1导通时，电感(L1)电流沿向上的斜坡线性增加，并与VIN-VOUT成正比。当Q1关断时，二极管D1导通，电感电流斜降。一阶Buck模式传输函数为 VOUT/VIN=D，其中D为Q1的占空比。在Buck模式，开关占空比低于75%。图3所示为Buck模式的基本操作。

　　当VIN接近VOUT时，LM5118将逐渐过渡到Buck-Boost模式。在该工作模式的每个开关周期内，Q1与Q2是同时导通的，如图4所示。当Q1与Q2导通时，电感电流斜升，与VIN成正比。在Q1和Q2关断时，D1导通，电感电流斜降。一阶Buck-Boost传输函数为VOUT/VIN=D/(1- D)，其中D为Q1和Q2的占空因数。