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概述

LM2576系列开关稳压集成电路是线性三端稳压器件(如78xx系列端稳压集成电路)的替代品,它具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力,从而为MCU的稳定、可靠工作提供了强有力的保证。

.LM2576简介

1.1 性能

LM2576系列3A电流输出降压开关型集成稳压电路,它内含固定频率振荡器(52kHz)和基准稳压器(1.23V),并具 有完善的保护电路,包括电流限制及热关断电路等,利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。LM2576系列包括 LM2576(最高输入电压40V)及LM2576HV(最高输入电压60V)二个系列。各系列产品均提供有3.3V(-3.3)、5V(-5.0)、 12V(-12)、15V(-15)及可调(-ADJ)等多个电压档次产品。此外,该芯片还提供了工作状态的外部控制引脚。

图 1

LM2576系列开关稳压集成电路的主要特性如下[2]:

●最大输出电流:3A;

●最高输入电压:LM2576为40V,LM2576HV为60V;

●输出电压:3.3V、5V、12V、15V和ADJ(可调)等可选;

●振东频率:52kHz;

●转换效率:75%~88%(不同电压输出时的效率不同);

●控制方式:PWM;

●工作温度范围:-40℃ ~ +125℃

●工作模式:低功耗/正常两种模式可外部控制;

●工作模式控制:TTL电平兼容;

●所需外部元件:仅四个(不可调)或六个(可调);

●器件保护:热关断及电流限制;

●封装形式:TO-220或TO-263。

LM2576的内部框图如图2所示,该框图的引脚定义对应于五脚TO-220封装形式。

图 2

LM2576内部包含52kHz振荡器、1.23V基准稳压电路、热关断电路、电流限制电路、放大器、比较器及内部稳压电路等。为了产生不同的输出电压, 通常将比较器的负端接基准电压(1.23V),正端接分压电阻网络,这样可根据输出电压的不同选定不同的阻值,其中R1=1kΩ(可调-ADJ时开路), R2分别为1.7 kΩ(3.3V)、3.1 kΩ(5V)、8.84 kΩ(12V)、11.3 kΩ(15V)和0(-ADJ),上述电阻依据型号不同已在芯片内部做了精确调整,因而无需使用者考虑。将输出电压分压电阻网络的输出同内部基准稳压值 1.23V进行比较,若电压有偏差,则可用放大器控制内部振荡器的输出占空比,从而使输出电压保持稳定。

由图1及LM2576系列开关稳压集成电路的特性可以看出,以LM2576为核心的开关稳压电源完全可以取代三端稳压器件构成的MCU稳压电源。

1.2 外形图

图 3

1.3 订购信息

图 4

1.4 管脚定义

图 5

2.LM2576应用举例

2.1 基本应用设计

2.1.1 应用分析

由LM2576构成的基本稳压电路仅需四个外围器件,其电路如图1所示。

电感L1的选择要根据LM2576的输出电压、最大输入电压、最大负载电流等参数选择,首先,依据如下公式计算出电压·微秒常数(E·T):

E·T=(Vin - Vout)×Vout/ Vin×1000/f (1)

上式中,Vin是LM2576的最大输入电压、Vout是LM2576的输出电压、f是LM2576的工作振荡频率值(52kHz)。E·T确定之后,就可参照参考文献所提供的相应的电压·微秒常数和负载电流曲线来查找所需的电感值了。(下图为:图6)

图 6

该电路中的输入电容Cin一般应大于或等于100μF,安装时要求尽量靠近LM2576的输入引脚,其耐压值应与最大输入电压值相匹配。而输出电容Cout的值应依据下式进行计算(单位μF):

C≥13300 Vin/ Vout×L (2)

上式中,Vin是LM2576的最大输入电压、Vout是LM2576的输出电压、L是经计算并查表选出的电感L1的值,其单位是μH。电容C铁耐压值应大于额定输出电压的1.5~2倍。对于5V电压输出而言,推荐使用耐压值为16V的电容器。

二极管D1的额定电流值应大于最大负载电流的1.2倍,考虑到负载短路的情况,二极管的额定电流值应大于LM2576的最大电流限制。二极管的反向电压应大于最大输入电压的1.25倍。参考文献中推荐使用1N582x系列的肖特基二极管。

Vin的选择应考虑交流电压最低跌落值(Vac-min)所对应的LM2576输入电压值及LM2576的最小输入允许电压值Vmin(以5V电压输出为例,该值为8V),因此,Vin可依据下式计算:

Vin≥(220Vmin/Vac-min)

如果交流电压最低允许跌落30%(Vac-min=154V)、LM2576的电压输出为5V(Vmin=8V),则当Vac=220V时,LM2576的输入直流电压应大于11.5V,通常可选为12V。

2.1.2 外围元件的选择

1) 输入电容CIN:

要选择低ESR的铝或钽电容作为旁路电容,防止在输入端出现大的瞬间电压。还有,当你的输入电压波动较大,输出电流有较高,容量一定要选用大些,470μF--10000μF都是可行的选择;电容的电流均方根值至少要为直流负载电流的1/2;基于安全考虑,电容的额定耐压值要为最大输入电压的1.5倍。千万不要选用陶瓷电容,会造成严重的噪音干扰!Nichicon的铝电解电容不错。

2) 肖特基二极管:

首选肖特基二极管,因为此类二极管开关速度快、正向压降低、反向恢复时间短,千万不要选用1N4000/1N5400之类的普通整流二极管!

3) 储能电感:

可以看datasheet中的电感选择曲线,要求有高的通流量和对应的电感值,也就是说,电感的直流通流量直接影响输出电流。为什么呢?LM2576既可工作于连续型也可非连续型,流过电感的电流若是连续的为连续型,电感电流在一个开关周期内降到零为非连续型。

4) 输出端电容COUT:

推荐使用1μF--470μF之间的低ESR的钽电容。若电容值太大,反而会在某些情况(负载开路、输入端断开)对器件造成损害。COUT用来输出滤波以及提高环路的稳定性。如果电容的ESR太小,就有可能使反馈环路不稳定,导致输出端振荡。这几乎是稳压器的共性,包括LDO等也有这一现象。

2.1.3应用注意事项

1)反馈线要远离电感,电路中输入/输出电容、肖特基二极管、接地端、控制端的联机要尽可能短而粗,最好用地线屏蔽。

2)由于器件较高的转换效率,几乎不用考虑散热问题。

2.2 工作模式可控应用设计

LM2576的5脚输入电平可用于控制LM2576的工作状态。5脚输入电平与TTL电平兼容。当输入为低电平时,LM2576正常工作;当输入为高电平时,LM2576停止输出并进入低功耗状态。图6是LM2576的工作模式可控电路原理图。

图6中,下拉电阻可保证MCU-CON控制端为低时LM2576的正常工作。Shutdown Input的控制端信号来自MCU,该端为低电平时,LM2576停止输出,系统进入低功耗状态。当为该端为高电平时,三极管导通会使LM2576重新工 作。设计时保证当MCU-CON控制端为高电平且三极管导通时,电阻R不至于因过流而损坏MCU的输出控制端。

2.3 1.2V至55V的可调3A低输出纹波电源

图 7

2.4 输入欠压锁定电源

图 8

3.LM2576测试电路和PCB布局原则

在任何开关稳压器中,印刷电路板的布局都很重要。由于引线电感的作用,快速切换的电流会引起电压的瞬变,造成许多问题。要使电感和接地回路最小,就要使用粗线标出的引线尽量短。

要获得最佳的效果,应使用单点接地或接地平面结构。当使用可调节型号的稳压器时,应把调节电阻近可能靠近稳压器,让敏感的反馈接

图 9