LM2611开关电源电路的应用技巧

admin管理员组

文章数量:1534204

2024年4月21日发(作者：)

LM2611开关电源电路的应用技巧

LM2611是一款电流型PWM反向开关调整器，宽泛的2.7V~14V的输入

范围，具有产生达-22V电压输出的调整器，SOT23-5封装。其分为如表1所

示的A和B两个等级。

表1 LM2611的两个等级

LM2611在5V输入及-5V输出时可提供300mA的电流输出。图1所示

为一典型电路，要求输入为5.5V~6.5V，输出为-5V、200mA。

图1 LM2611的典型应用电路

在通常情况下电路工作正常，但在一些特殊环境下它是否仍然满足系统要求，

需作以下具体的分析。

应用分析

在室温环境下电路可以正常工作，但当环境温度增高到50℃时，开关机可

发现LM2611会在不当应用中产生热保护，使其没有输出。LM2611的热保护

结温为163℃，热阻θ

Ja

为265℃/W(见数据手册)，当环境温度为25℃时，其

最大功耗P

D

为：

P

D

=(T

Jmax

-T

A

)/θ

Ja

=(163-25)/265mW=0.52mW

其中，T

J

为结温，T

A

为环境温度。

图2 导通电阻R

DS(ON)

与环境温度的关系 (V

IN

=5V )

但温度为50℃时，P

D

为(163-50)/265mW=0.43mW。也就是说，随着

温度的升高，芯片的功耗容量降低。另一方面，LM2611内部的开关管导通电

阻也随温度升高而变大，如图2所示，温度每升高10℃，导通电阻大约增加

0.026Ω。根据数据手册，25℃时导通电阻R

DS(ON)

为0.5Ω，允许误差范围最

大到0.65Ω。考虑极端情况，25℃时R

DS(ON)

为0.65Ω，50℃时R

DS(ON)

为

0.715(典型值应为0.615Ω)，相对变化为43%。即相对25℃时的典型值，在

50℃的最大误差时的值，R

DS(ON)

提高了43%。由于开关管的功耗为电流的平

方乘以导通电阻，也即开关管的功耗相对提高43%。一方面高温带来的芯片最

大功耗容量降低，而另一方面高温引起芯片的实际功耗增大，从中我们不难看出

产生热保护的几率在提高。因此在设计中要留有足够的功耗余量才能保证芯片不

过早产生热保护而能正常工作。

正常情况下，芯片在发生热保护后，随着温度下降到允许的结温后(155℃)，

热保护会自动释放，芯片自动恢复正常工作。但实际工作中发现，产生热保护后，

当温度降低时芯片并不能自动恢复。实际上芯片每次保护释放时的瞬态电流很大，

其产生的功耗使芯片迅速升温，结果是又一次热保护，即芯片周围的环境不足以

消化启动时芯片自身产生的热量。这样周而复始，芯片工作在热保护→降温，保

护释放→升温→再热保护的循环中，使其在高温下不能正常工作。

解决方案

IC的温度T=T

J

+T

A

，其中T

J

与(I

c

×R

DS(ON)

×θ)成正比。从前面的分析可

以看出，产生热保护的原因首先是导通电阻R

DS(ON)

的离散性(偏大)和温度特性

使芯片在工作时温升加剧，其二是PCB设计不当使总热阻过大，其三是保护释

放瞬时电流过大造成芯片升温过快。

图3 带外部软启动功能的LM2611应用实例

对于第一个因素，只有在设计中加以考虑，留有足够的余量使其可以工作在

恶劣的环境下，要考虑R

DS(ON)

在设计中的最差情况。对于第二个因素，PCB的

设计也至关重要，尽量减少PCB的热阻同样可以达到降低结温的目的。而对于

第三个因素，除了加大设计余量外，减少瞬态电流也会达到避免升温过快的目的。

正如大家所知，上电时的瞬时电流是很大的，这会加大功耗使芯片温升加快。解

决这一问题的方法是软启动。LM2611没有内部集成软启动的电路，但可以通

过关断引脚来实现软启动的功能，如图3所示。 图4所示为有无软启动时的输

入电流、输出电压波形图。

图4 LM2611有无软启动时的输入电流及输出电压波形图

引入C

ss

和R

ss

积分延时电路，使关断信号的电压不会随输入电压变化而迅

速开启芯片；芯片初始时的输出电压为零，关断电压也为零。当电压达到导通门

限时(1.5V)，芯片进入启动过程，输出电压迅速向其终止电压(-5V)移动，其结

果是关断信号的电压迅速拉低，使其低于关断门限，芯片被关断，输出保持其电

压；输入电压继续向关断引脚充电，继续提高其电压，使其达到导通门限，芯片

继续启动，继续拉低输出电压，结果芯片又被关断。这样周而复始达到稳态，输

出为-5V，关断信号的电压也为-5V。这一过程，使输出不会立刻达到-5V的跃

变，从而减小了启动时的瞬态电流，减小了温升，从而避免热保护的产生。

实测在无软启动电路时，瞬时输入电流可达0.5A以上。而有软启动时这一

电流只有0.25A，同时在发生热保护后可以自动恢复工作。

关于Css和Rss的参数选择，主要是考虑启动需要的时间。图3中参数

RC时间常数为10ms，实测的启动过程是15ms，基本满足RC电路进入稳态

的时间，如图5所示。

图5 RC电路进入稳态的时间

结语

开关电源设计中，要对热分析 以及芯片的离散参数加以重视，使用最坏的

参数进行设计，并留有余量。PCB布局布线在电源设计中也非常重要，特别是

在对温度有要求的情况下更是如此。PCB布局要考虑热源尽可能分布均匀，对

于直接与IC芯片相连的大电流回路应尽可能用宽的迹线, 有助于导流和导热。

电源和地线也要用尽可能大的面积以解决散热问题。其次，由于大电流会使功耗

加大，造成芯片升温过快以致发生热保护，因此应避免冲击电流的发生，主要是

瞬态大电流。软启动是很好的解决方案，建议针对具体应用，在设计中采用软启

动来消除瞬态大电流。

本文标签： 芯片电压保护电流电路