基于LM2593HV调节器的降压稳压器设计

2006-05-07 15:49:49来源: 国外电子元器件

1 LM2593HV的特点

LM2593HV是国家半导体公司推出的一款可降压(突变)交换调节的单片IC。这款调节器的输出为固定的3.3V和5V,也可以根据需要进行调节,其可调范围为1.2~57V,并具有极好的线性和负载调节功能,可驱动2A的负载。在完全的输入和输出条件下,它的输出电流的容许误差为±4%,振荡频率的容许误差为±15%.另外,LM2593HV还具有外部关断和自保护功能,并可工作在150kHz的变换频率下。在低功耗待命状态下的典型备用电流仅为90μA,从而可大大降低系统的功耗。该芯片内部还设计有过温关断和两级限流保护功能。可应用在简单高效的降压(突变)调节、线性调节器的预调节、帖片交换及正负转换等调节系统中。LM2593HV的主要特点如下:

    ●具有固定的3.3V、5V和可调电压输出;

●可调输出电压范围为1.2~57V,最大容许误差为±0.4%;

●输出负载电流为2A;

●最大输出电压可达60V;

●内置150kHz的振荡固定频率;

●内含关断和软启动开关;

●具有可调输出错误标志;

●具有错误标志延迟功能;

●具有低功耗模式,典型值为90μA;

●效率极高;

●具热关断和限流保护功能。

2 LM2593HV的引脚功能

LM2593HV采用标准的7脚TO-220和TO-263表面帖两种封装形式,其中TO-220封装形式还有不同的弯曲引脚可供选择,以适应不同场合的应用需求,图1所示是其外形封装图。

LM2593HV内部包含有频率补偿、固定频率振荡器、关断/软启动、错误输出标志、标志延迟、过热保护、电流源及电压源等电路。各引脚功能如下:

VIN(1脚):正电源输入端。在该脚接入合适的旁路电容可优化其瞬变电压,并可为芯片提供所需的交换电流。

OUTPUT(2脚):内部开关输出端。在VOUT/VIN的一个工作周期内,该脚上的电压可在(+VIN-VSTART)和-0.5V之间相互切换。

ERROR FLAG(3脚):错误标志输出端。当芯片的输出电压超出调整范围(至少95%的标称值)时,其内部三极管的开路集电极输出为低(≤0.6V)时,芯片处于关断状态,其赋关断电流为90μA;该脚为高电平(≥2.0V)时,芯片处于正常工作状态。它的典型开关阈值电压为1.3V,内部最大箝位电压为7V。若输入该脚的电压比箝位电压高,则必须通过外部电阻进行分压以确保它的电流不超过1mA。当输入该脚的电压达到1.8V,芯片的工作周期最小,而后随着电压的升高,工作周期也随之增大,当达到2.8V或更高时达到最大(100%).因此,在该脚接入一个电容可实现软启动功能,芯片的内部电源源将给该电容充电电到箝位电压。该脚的电压低于1.3V时,其充电电流为5μA,而在高于1.3V时将降至1.6μA,这可用较小的软启动电容来实现。

3 元器件的选择

3.1 电感

正常启动(非软启动,也非输出短路)时,经过电感的电流将可能因为瞬间的变化而超过芯片限制电流ICLIM,ICLIM应比负载电流ILOAD大。在过载状态下,还有可能导致电感的饱和。通常,芯片会通过阻止电感电流超过ICLM来保护自身。但如果DC输入电压超过40V,芯片将无能为力,使通过电感的电流会一直升高到器件损坏。为了确保系统的可靠性,当DC输入电压超过40V时,电感的瞬时电流应设置为ICLIM而不是电感的饱和电流。

3.2 输入电容

在地与VIN脚之间应接一个旁路电容,而且应尽量靠近芯片,引脚也应尽中能短。该电容可用来防止输入端的大电压瞬变,也可为开关的启动提供瞬时电流。

3.3 输出电容

输出电容COUT可用来对输出进行滤波,以提高芯片环路的稳定性。COUT应为低阻抗、低ESR固态箔式电容,它的ESR值最少不能低于100mΩ,否则可能造成短路。但若ESR太大,钭可能影响到系统效率和输出额定电压,因此,对ESR必须小心选择。

3.4 箝位二极管

由于LM2593HV的开关速率很快且前向电压降较低,因此要选用一个肖基特二极管,以便在开关断开时为电感提供电流。该二极管的额定电压应大于DC的输入电压(非输出)。

3.5 关断/软启动

在内部电流受限时,启动时的电流抑制是非常有用的。可用软启动替代压封锁或延迟启动,而极低的输出电压斜波需要较大的软启动电容。若仅用到关断功能,则可省掉该电容。

4 常规应用

4.1 反向调节器

图2是带有一个公共地的正负电压转换电路。LM2593HV可在FEEDBACK脚检测到反向输出电压,并对其进行调整。LM2593HV的最大输出电流取决于输入、输出电压的大小。其开关峰值电流IPEAK由下式决定(效率为100%):

IPEAK=ILOAD(VIN+VOUT)/VIN+[(VINVOUT) ×[(VINVOUT×10 6)/2Lf(VIN+VOUT)]

式中:L单位为μA,f单位为Hz。

通过调节器的最大电压是输入、输出电压的绝结值之和,但不能超过60V。如将20V的输入电压转换成-5V的输出电压,则在地与输入脚间的电压为25V。LM2593HV允许的最大输入电压为60V。

图2中的二极管D1可用来消除在小负载或无负载情况下的输入电压脉冲噪声。在低输入时,可用肖特基二极管,而在高输入时可用1N5400。

该调节器在启动时需较大的输入电流,即使是在小负载时,也应与LM2593HV的电流(约4.0A)相当。因此,图2中便用了软启动电路。同时给出了它的几种关断方式。

4.2 欠压锁定

在有些应用中,需要调节器在输入电压到预公平值时不再变化。图3是突变式调节器的欠压锁定电路,图4是其反向时的连接电路。图3用齐纳二极管Z1来设置开关启动时的阈值电压。当输入小于齐纳电压时,电阻R1、R2将SD/SS脚置低,芯片开始工作。欠压锁定的阈值电压比齐纳电压约高1.5V。图4(a)给出了开和关的一个连续阈值电压。若用磁滞电路。则图4(b)的开电压与关电压将有所不同。其磁滞量近似等于输出电压值。由于SD/SS脚寄存有一个约7V的齐纳钳位电压,所以,当Q1开路时,通过R2的电流约为1mA。

4.3 负电压充电泵

有时电路也可以用一个充电泵来满足小电流、负电压输出的需要,具体电路如图5所示。这个负电压的大小等于正确入电压,并可提供600mA的输出电流。然而必须保证在可调节正输出端有最小1.2A的负载,以确保充电泵的正常工作。电阻R1用于使C1的充电电流不大于LM2593HV的限制电流。这种方法也可用于其它简单的转换系统。

5 典型应用

LM2593HV的应用十分广泛,而且只需极少的外部元器件即可达到稳压的目的,操作也很方便、简单。图6是LM2593HV的典型应用电路图。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/power/200605/2185.html
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