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宽输入电压范围降压转换器LM2576T-ADJ

时间:2016-05-07 09:45来源: 作者: 点击:
LM2576系列稳压器是单片集成电路非常适合用于简单方便的设计一个降压型开关稳压器(降压转换器)。这个系列的所有电路能够驱动一个3.0与出色的线路和负载调节的负载。

系列稳压器是单片集成电路非常适合用于简单方便的设计一个降压型开关稳压器(降压转换器)。这个系列的所有电路能够驱动一个3.0与出色的线路和负载调节的负载。

这些稳压器的设计,以减少外部元件的数量,简化了电源设计。标准系列电感器与LM2576采用优化的是由几个不同的电感制造商提供。

由于LM2576转换器是开关模式电源,其效率是显著高在与流行的三端线性调节器相比,特别是与较高的输入电压。

标准系列电感器与LM2576的使用进行优化的,可从几个不同的制造商。此功能大大简化了开关电源的设计。

正如在任何开关稳压器,所述印刷电路板的布局是非常重要的。与布线电感,杂散电容和印刷电路板迹线的寄生电感有关的快速开关的电流可以产生电压瞬变,它可以产生电磁干扰(EMI)和影响所需的操作。正如在图15中,以减少电感和接地回路,用粗线表示引线的长度应尽可能短。

引脚是积极的输入电源的LM2576降压开关稳压器。为了尽量减少电压瞬变,并提供所需的稳压器的开关电流,一个合适的输入旁路电容必须存在(C在图1中)。

这是内部开关的发射极。饱和电压V坐在这个输出开关通常是1.5 V.应

牢记的是连接到管脚的PCB面积应保持在最低限度,以减少耦合到敏感电路。

引脚检测稳压输出电压来完成反馈回路。信号是由内部电阻分压器网络R2,R1分和施加到内部误差放大器的非反相输入端。在LM2576开关稳压器的可调版本这个引脚是误差放大器的直接输入和电阻网络R2,R1连接外部,允许输出电压进行编程。

稳压器的拓扑结构的操作有两种不同的时间段。当系列开关为ON时,输入电压连接到电感器的输入端出现的第一个。

这一时期结束时,电源开关再次打开。转换器的调节是通过改变电源开关的占空比来实现。这是可能的描述占空比如下:上式中,T是开关周期。

在这个“导通”期间,能量储存在芯材内的磁通量的形式。如果电感设计正确,有存储进行中的“断开”期间的负载的需要足够的能量。

提供程序(固定输出电压版本)为了简化开关稳压器设计,一步一步的设计过程和一些例子。

为了防止大的瞬态电压出现在输入和转换器的稳定运行,铝或钽电解电容器旁路之间需要输入引脚+ V in和接地引脚GND。电容应使用短引线位于靠近IC。电容应具有低ESR(等效串联电阻)值。

提供程序(固定输出电压版本)(续)为了简化开关稳压器设计,一步一步的设计过程和一些例子。

为了防止大的瞬态电压出现在输入和转换器的稳定运行,铝或钽电解电容器旁路之间需要输入引脚+ V in和接地引脚GND电容应使用短引线靠近IC 。电容应具有低ESR(等效串联电阻)值。

引导,如图22所示。此E x厚常数是一个电感器的能量处理能力的量度,并且是依赖于核心,核心区,匝数,以及占空比的类型。

C.接下来的步骤是确定由E x T值和在图25所示的水平轴的最大负载电流值相交的电感区域。

A.由于LM2576是与电压模式控制,其开环2极-1-zero频率特性有由输出电容和电感值确定的主导极对正向模式开关稳压器。

10 mF和2000 mF及其之间B.电容值将满足稳定工作循环的要求。为了达到一个可接受的输出纹波电压和瞬态响应,输出电容可能需要比上述式产量大几倍。

C.由于这样的事实,即较高的电压电解电容器通常具有较低的ESR(等效串联电阻),输出电容器的电压额定值应比输出电压高至少1.5倍。对于5.0 V稳压器,为至少8.0伏的评级是合适的,一10 V或16 V额定值建议。

ESR(等效串联电阻)的铝或固体钽旁路电容之间需要输入引脚和接地引脚,以防止大的瞬态电压出现在输入。它必须位于附近的调节器和使用短引线。与大多数的电解电容器,其电容值减小和ESR随温度较低。为实现可靠的操作温度低于-25°C,可能需要更大的输入电容的值。另外并联一个陶瓷或固体钽电容会增加稳压器的稳定性在低温下。

对于低输出纹波电压,稳定性好,低ESR输出电容推荐。一个输出电容有两个主要功能:它过滤的输出,并提供调节环路的稳定性。输出电容的ESR和电感纹波电流的峰 - 峰值是造成输出纹波电压值的主要因素。

铝电解电容器的ESR值与许多因素有关,如电容值,电压额定值,物理尺寸和结构类型。

在大多数情况下,较高的电压电解电容器具有较低的ESR值。通常电容器高得多的电压额定值可能会需要提供的,所需要的低输出纹波电压低ESR值。

LM2576是一个降压降压转换器,它需要一个快速二极管,当开关关闭,以提供返回路径的电感电流。二极管必须采用短引线靠近LM2576和短印刷电路痕迹,避免EMI问题。

磁性元件是所有的开关电源设计的基石。芯的风格,并在磁组件的设计中使用的绕制工艺对整体供电的可靠性有很大影响。

选择一个核心类型时一些重要的考虑因素是芯材,成本,电源的输出功率,物理卷的电感必须适合于和EMI(电磁干扰)屏蔽芯必须提供的金额。电感器选择指南涵盖了不同风格的电感,如锅核心,E型磁芯,磁环和线轴的核心,以及不同的核心材料,如铁氧体和来自不同制造商的铁粉。

由于整流二极管是非常显著的内开关电源损耗的来源,选择最适合到转换器的设计是一个重要的过程整流器。肖特基二极管提供,因为其开关速度快和低正向压降的最佳性能。

因此,电感器的峰 - 峰电流增加的百分比。这种不连续的运作模式是为这种类型的开关变换器完全可以接受的。

当多个开关稳压器都位于同一块印刷电路板,开核的磁性能引起干扰的两个调节器电路的一个或多个之间,特别是在由于相互耦合的高电流。一个环形,锅核心或E-core(封闭磁路结构)应在此类应用中使用。

最大额定电流电感器和/或LM2576。不同的电感类型有不同的饱和特性,这应选择一个电感器时必须牢记这一点。

超过一个电感器的最大电流额定值可能导致电感由于铜线损失过热,或核心可能饱和。当磁通密度太高,因此所述芯的横截面面积可以不再支持磁通量的附加线发生磁芯饱和。

由于LM2576是一个开关模式电源稳压器,它的输出电压,如果左未过滤,将包含一个锯齿纹波电压在开关频率。输出纹波电压值的范围从0.5%到输出电压的3%。它主要由电感锯齿纹波电流乘以输出电容器ESR引起的。

图25)。这些电压尖峰是由于在输出开关的快速切换动作,并输出滤波电容的寄生电感存在。还有其它一些重要因素,如布线电感,杂散电容,以及用于评估这些瞬变示波器探头,所有这些有助于这些峰值的幅度。为了减少这些电压尖峰,低电感电容应使用,其引线长度必须尽量短。优质的印刷电路板布局设计的重要性也应加以强调。

为了减少输出纹波电压是可能的放大电感器L1的电感值和/或使用较大的输出电容值。还有另一种方式通过一个额外的LC滤波器(20 mH为100 MF)的手段来平滑输出,可以添加到输出(见图34),以进一步降低输出纹波和瞬变的量。

用这种过滤器也能够减少输出纹波电压瞬变的10倍或更多。图25示出了图34中所示的调节器的过滤和未过滤的输出波形之间的差异。

较低的波形是从转换器的正常过滤的输出,而上波形示出了输出电压纹波滤波由一个额外的LC滤波器。

虽然(T)包装最需要的条件下,散热片,也有一些应用程序不需要散热片,以保持LM2576的结温在允许的工作范围之内。更高的环境温度需要一定的散热片,无论是在印刷电路(PC)板或外部散热器。

应当指出的是,封装的热阻和结温上升数字都是近似的,并有许多因素会影响这些数字,如PC板的尺寸,形状,厚度,物理位置,位置,板的温度,以及如周围的空气是否被移动或静止。

其他因素有线宽,总面积印刷电路铜,铜厚度,单或双面,多层电路板,焊锡电路板上的金额,甚至颜色的痕迹。

使用反相降压 - 升压稳压器,如图26所示。这个电路将一个正输入电压通过引导监管负输出电压有一个共同点地面到负输出电压。接地反馈引脚,调节器会感应反向输出电压,调节它。

在轻负载所需的最小输入电压下降到约4.7 V,因为降压 - 升压型稳压器拓扑可以产生输出电压,其绝对价值,要么是比输入电压更高或更低。

由于在降压 - 升压配置中的开关电流比标准降压转换器拓扑结构中较高的,可用的输出电流较低。

这种类型的降压 - 升压型稳压器反相的也可以要求启动输入电流的用量较大,??即使是轻负载。这可能超载的输入电源的电流限制小于5.0 A。

需要的输入启动电流的量为至少2.0毫秒或更长时间。的实际时间取决于输出电容器的输出电压和大小。

因为这个反相器拓扑结构的要求相对较高的启动电流,使用的延迟启动或欠压锁定电路建议。

反相调节器工作在不同的方式比降压转换器等不同的设计过程要用来选择电感器L1或输出电容C出。

输出电容值必须大于什么是通常所需的降压转换器设计更大。低输入电压或高输出电流需要大输出电容值(在数千MF的范围内)。

为反相转换器设计的电感值的推荐范围为68 mH至220 mH的之间。要选择具有适当额定电流的电感,电感峰值电流来计算的。

另外重要的一点是,这些负升压转换器无法在很短的在输出时提供电流限制负载保护这样一些其他手段,如保险丝,可能需要提供负载保护。

这个例子是降压 - 升压拓扑结构的变化,它被称为负升压稳压器。稳压器经验相对较高的开关电流,尤其是在低输入电压。内部开关电流较低的输出结果限制负载电流能力。

电路在图30示出了负升压配置。在此应用中,输入电压范围为-5.0 V至-12 V,并提供一个规范-12 V输出。

有一些应用,如上面已经提到的反相器,这需要更高的金额启动电流。在这种情况下,如果输入电源是有限的,这延迟的启动特性变得非常有用。

可以应用相同的设计规则为以前的反相降压 - 升压转换器。输出电容的输出必须选择大于将需要一个什么标准降压转换器。低输入电压或高输出电流需要大输出电容值(在数千MF的范围内)。对于负升压调节器的电感值的推荐范围是相同的反相转换器设计。

输入电压的范围从大约3.0 V到40 V.为了实现10次或更多次减少输出纹波,一个额外的L-C滤波器包括在电路中。

这些稳压器的设计,以减少外部元件的数量,简化了电源设计。标准系列电感器与LM2576采用优化的是由几个不同的电感制造商提供。

由于LM2576转换器是开关模式电源,其效率是显著高在与流行的三端线性调节器相比,特别是与较高的输入电压。在许多情况下,所消耗的功率是如此之低,以至于没有散热器是必需的,或它的尺寸可显着减少。

标准系列电感器与LM2576的使用进行优化的,可从几个不同的制造商。此功能大大简化了开关电源的设计。

LM2576功能包括保证±4%公差输出电压指定的输入电压和输出负载条件,以及±10%对振荡器的频率(±2%在0°C至125°C)。外部停机包括在内,具有80μA(典型值)待机电流。输出开关包括逐周期电流限制,以及在故障条件下充分保护热关断。

注意事项:3。振荡器的频率降低到一个输出的情况下短约18 kHz或过载而导致的稳压输出电压从额定输出电压下降约40%。这种自我保护功能降低了集成电路的降低最小占空比由5%降至约2%的平均功耗。

正如在任何开关稳压器,所述印刷电路板的布局是非常重要的。与布线电感,杂散电容和印刷电路板迹线的寄生电感有关的快速开关的电流可以产生电压瞬变,它可以产生电磁干扰(EMI)和影响所需的操作。正如在图15中,以减少电感和接地回路,用粗线表示引线的长度应尽可能短。

引脚是积极的输入电源的LM2576降压开关稳压器。为了尽量减少电压瞬变,并提供所需的稳压器的开关电流,一个合适的输入旁路电容必须存在(CIN图1)。

引脚检测稳压输出电压来完成反馈回路。信号是由内部电阻分压器网络R2,R1分和施加到内部误差放大器的非反相输入端。

在LM2576开关稳压器的可调版本这个引脚是误差放大器的直接输入和电阻网络R2,R1连接外部,允许输出电压进行编程。

它使开关稳压器电路被关闭使用逻辑电平信号,从而去掉了总输入电源电流约80μA。阈值电压通常为1.4 V.应用高于此值的电压(高达+ Vin)和闭器关闭。如果应用到这个引脚上的电压低于1.4 V或如果引脚悬空,稳压器将在“开”的状态。

稳压器的拓扑结构的操作有两种不同的时间段。当系列开关为ON时,输入电压连接到电感器的输入端出现的第一个。

这一时期结束时,电源开关再次打开。转换器的调节是通过改变电源开关的占空比来实现。这是可能的描述占空比如下:T上,其中T是开关周期。

提供程序(固定输出电压版本)为了简化开关稳压器设计,一步一步的设计过程和一些例子。

为了防止大的瞬态电压出现在输入和转换器的稳定运行,铝或钽电解电容器旁路之间需要输入引脚+ Vin和接地引脚GND。电容应使用短引线位于靠近IC。电容应具有低ESR(等效串联电阻)值。

提供程序(固定输出电压版本)(续)为了简化开关稳压器设计,一步一步的设计过程和一些例子。

为了防止大的瞬态电压出现在输入和转换器的稳定运行,铝或钽电解电容器旁路之间需要输入引脚+ Vin和接地引脚GND电容应使用短引线位于靠近IC。电容应具有低ESR(等效串联电阻)值。

引导,如图22所示。此E x厚常数是一个电感器的能量处理能力的量度,并且是依赖于核心,核心区,匝数,以及占空比的类型。

C.接下来的步骤是确定由E x T值和在图25所示的水平轴的最大负载电流值相交的电感区域。

A.由于LM2576是与电压模式控制,其开环2极-1-zero频率特性有由输出电容和电感值确定的主导极对正向模式开关稳压器。

10μF和2000μF之间B.电容值将满足稳定工作循环的要求。为了达到一个可接受的输出纹波电压和瞬态响应,输出电容可能需要比上述式产量大几倍。

C.由于这样的事实,即较高的电压电解电容器通常具有较低的ESR(等效串联电阻),输出电容器的电压额定值应比输出电压高至少1.5倍。对于5.0 V稳压器,为至少8.0伏的评级是合适的,一10 V或16 V额定值建议。

ESR(等效串联电阻)的铝或固体钽旁路电容之间需要输入引脚和接地引脚,以防止大的瞬态电压出现在输入。它必须位于附近的调节器和使用短引线。与大多数的电解电容器,其电容值减小和ESR随温度较低。为实现可靠的操作温度低于-25°C,可能需要更大的输入电容的值。另外并联一个陶瓷或固体钽电容会增加稳压器的稳定性在低温下。

LM2576是一个降压降压转换器,它需要一个快速二极管,当开关关闭,以提供返回路径的电感电流。二极管必须采用短引线靠近LM2576和短印刷电路痕迹,避免EMI问题。

对于低输出纹波电压,稳定性好,低ESR输出电容推荐。一个输出电容有两个主要功能:它过滤的输出,并提供调节环路的稳定性。输出电容的ESR和电感纹波电流的峰 - 峰值是造成输出纹波电压值的主要因素。

他们提供特别是在低输出电压应用(5.0 V或更低)的最佳效率。另一种选择可能是快速恢复,或超快恢复二极管。它必须注意的是,某些类型的这些二极管具有一个突然关断的特性,可能会导致不稳定或电磁干扰的麻烦。

磁性元件是所有的开关电源设计的基石。芯的风格,并在磁组件的设计中使用的绕制工艺对整体供电的可靠性有很大影响。

因此,电感器的峰 - 峰电流增加的百分比。这种不连续的运作模式是为这种类型的开关变换器完全可以接受的。任何降压稳压器将被迫进入非连续模式下,如果负载电流是??光照充足。

LM2576降压转换器可以同时在连续操作的不连续模式下运行。在连续模式中的调节器的工作原理,当负荷相对比较重的,那么电流流过连续电感和从未降到零。轻负载条件下,电路将被强制为连续模式时,电感器电流下降到零的时间一定时间内(参见图23和图24)。每种模式都有明显不同的经营特色,这会影响调节器的性能和要求。在许多情况下,操作的优选模式是连续模式。它提供更大的输出功率,在开关,电感器和二极管较低的峰值电流,并且可以具有较低的输出纹波电压。另一方面它需要较大的电感值,以保持电感器电流连续流动,特别是在低输出负载电流和/或高输入电压。

选择一个核心类型时一些重要的考虑因素是芯材,成本,电源的输出功率,物理卷的电感必须适合于和EMI(电磁干扰)屏蔽芯必须提供的金额。电感器选择指南涵盖了不同风格的电感,如锅核心,E型磁芯,磁环和线轴的核心,以及不同的核心材料,如铁氧体和来自不同制造商的铁粉。

对于高品质的设计监管机构的环形磁芯似乎是最好的选择。由于磁通被包含在核心中,它会产生更少的EMI,减小在敏感电路的噪音问题。最便宜的是筒子核心类型,它由一个铁氧体棒芯线缠绕。这种类型的电感产生更多的EMI由于这样的事实,其核心是开放的,并且磁通不包含内芯。

当多个开关稳压器都位于同一块印刷电路板,开核的磁性能引起干扰的两个调节器电路的一个或多个之间,特别是在由于相互耦合的高电流。一个环形,锅核心或E-core(封闭磁路结构)应在此类应用中使用。

超过一个电感器的最大电流额定值可能导致电感由于铜线损失过热,或核心可能饱和。当磁通密度太高,因此所述芯的横截面面积可以不再支持磁通量的附加线发生磁芯饱和。

用这种过滤器也能够减少输出纹波电压瞬变的10倍或更多。图25示出了图34中所示的调节器的过滤和未过滤的输出波形之间的差异。

较低的波形是从转换器的正常过滤的输出,而上波形示出了输出电压纹波滤波由一个额外的LC滤波器。

虽然TO-220(T)包装最需要的条件下,散热片,也有一些应用程序不需要散热片,以保持LM2576的结温在允许的工作范围之内。更高的环境温度需要一定的散热片,无论是在印刷电路(PC)板或外部散热器。

图25)。这些电压尖峰是由于在输出开关的快速切换动作,并输出滤波电容的寄生电感存在。还有其它一些重要因素,如布线电感,杂散电容,以及用于评估这些瞬变示波器探头,所有这些有助于这些峰值的幅度。为了减少这些电压尖峰,低电感电容应使用,其引线长度必须尽量短。优质的印刷电路板布局设计的重要性也应加以强调。

应当指出的是,封装的热阻和结温上升数字都是近似的,并有许多因素会影响这些数字,如PC板的尺寸,形状,厚度,物理位置,位置,板的温度,以及如周围的空气是否被移动或静止。

其他因素有线宽,总面积印刷电路铜,铜厚度,单或双面,多层电路板,焊锡电路板上的金额,甚至颜色的痕迹。

使用LM2576-12反相降压 - 升压稳压器,如图26所示。这个电路将一个正输入电压通过引导监管负输出电压有一个共同点地面到负输出电压。接地反馈引脚,调节器会感应反向输出电压,调节它。

TJ =(RθJA)(PD)+助教其中(RθJA)(PD)的代表所造成的耗散功率结温上升和TA是最大的环境温度。

由于在降压 - 升压配置中的开关电流比标准降压转换器拓扑结构中较高的,可用的输出电流较低。

这种类型的降压 - 升压型稳压器反相的也可以要求启动输入电流的用量较大,??即使是轻负载。这可能超载的输入电源的电流限制小于5.0 A。

需要的输入启动电流的量为至少2.0毫秒或更长时间。的实际时间取决于输出电容器的输出电压和大小。

因为这个反相器拓扑结构的要求相对较高的启动电流,使用的延迟启动或欠压锁定电路建议。

反相调节器工作在不同的方式比降压转换器等不同的设计过程要用来选择电感器L1或输出电容器Cout。

输出电容值必须大于什么是通常所需的降压转换器设计更大。低输入电压或高输出电流需要大输出电容值(在数千μF的范围内)。

为反相转换器设计的电感值的推荐范围为68μH和220μH之间。要选择具有适当额定电流的电感,电感峰值电流来计算的。

随着反相配置,使用的ON / OFF引脚需要一定的电平转换技术。这是由以下事实造成的,转换器集成电路的接地引脚不再在地面。现在,将ON / OFF引脚的阈值电压(1.3 V左右)要涉及到负输出电压电平。有许多不同的可能关闭方法,其中两个见图28和29。

输入电流需要一个较大的值的输出电容(在数千μF的范围内)。对于负升压调节器的电感值的推荐范围是相同的反相转换器设计。

另外重要的一点是,这些负升压转换器无法在很短的在输出时提供电流限制负载保护这样一些其他手段,如保险丝,可能需要提供负载保护。

有一些应用,如上面已经提到的反相器,这需要更高的金额启动电流。在这种情况下,如果输入电源是有限的,这延迟的启动特性变得非常有用。

当一个高50赫兹或60赫兹(分别为100赫兹或120赫兹)的纹波电压存在时,长时间的延迟时间可以通过耦合到波纹的ON / OFF引脚会引起一些问题,调节器可以被周期性地接通和关闭与线(或双)频率。

这个例子是降压 - 升压拓扑结构的变化,它被称为负升压稳压器。稳压器经验相对较高的开关电流,尤其是在低输入电压。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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