開關(guān)穩(wěn)壓電源電路設(shè)計及應(yīng)用

1、 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇摘要：在對線性穩(wěn)壓集成電路與開關(guān)穩(wěn)壓集成電路的應(yīng)用特性進(jìn) 行比較的基礎(chǔ)上，簡單介紹了 LM2576的特性，給出了基本開關(guān) 穩(wěn)壓電源、工作模式可控的開關(guān)穩(wěn)壓電源和開關(guān)與線性結(jié)合式穩(wěn) 壓電路的設(shè)計方案及元器件參數(shù)的計算方法。關(guān)鍵詞：LM2576電源設(shè)計MCU嵌入式控制系統(tǒng)的MCU 般都需要一個穩(wěn)定的工作電壓才能可 靠工作。而設(shè)計者多習(xí)慣采用線性穩(wěn)壓器件（如78xx系列三端穩(wěn)壓器件）作為電壓調(diào)節(jié)和穩(wěn)壓器件來將較高的直流電壓轉(zhuǎn)變MCU所需的工作電壓。這種線性穩(wěn)壓電源的線性調(diào)整工作方式在 工作中會大的 熱損失”（其值為V壓降XI負(fù)荷），其工作效率 僅為30%50%1。加之工作在

2、高粉塵等惡劣環(huán)境下往往將嵌 入式工業(yè)控制系統(tǒng)置于密閉容器內(nèi)的聚集也加劇了MCU的惡劣工況，從而使嵌入式控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性能變得更差。而開關(guān)電源調(diào)節(jié)器件則以完全導(dǎo)通或關(guān)斷的方式工作。因此，工作時要么是大電流流過低導(dǎo)通電壓的開關(guān)管、要么是完全截止無電流流過。因此，開關(guān)穩(wěn)壓電源的功耗極低，其平均工作效率可 達(dá)70%90%1。在相同電壓降的條件下，開關(guān)電源調(diào)節(jié)器件 與線性穩(wěn)壓器件相比具有少得多的熱損失”。因此，開關(guān)穩(wěn)壓電源可大大減少散熱片體積和 PCB板的面積，甚至在大多數(shù)情況F不需要加裝散熱片，從而減少了對MCU工作環(huán)境的有害影響采用開關(guān)穩(wěn)壓電源來替代線性穩(wěn)壓電源作為 MCU電源的另一個 優(yōu)勢是：開關(guān)

3、管的高頻通斷特性以及串聯(lián)濾波電感的使用對來自 于電源的高頻干擾具有較強(qiáng)的抑制作用。此外，由于開關(guān)穩(wěn)壓電源 熱損失”的減少，設(shè)計時還可提高穩(wěn)壓電源的輸入電壓，這有 助于提高交流電壓抗跌落干擾的能力。LM2576系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路是線性三端穩(wěn)壓器件（如78xx系列端穩(wěn)壓集成電路）的替代品，它具有可靠的工作性能、較高 的工作效率和較強(qiáng)的輸出電流驅(qū)動能力，從而為MCU的穩(wěn)定、可靠工作提供了強(qiáng)有力的保證。、LM2576 簡介LM2576系列是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的3A電流輸出降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓電路，它內(nèi)含固定頻率振蕩器（52kHz ）和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器（1.23V），并具有完善的保護(hù)電路，包括電流限制及熱

4、關(guān) 斷電路等，利用該器件只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。LM2576系列包括LM2576 （最高輸入電壓40V）及LM2576HV （最高輸入電壓60V）二個系列。各系列產(chǎn)品均提供有3.3V (-3.3 )、5V (-5.0 )、 12V (-12 )、 15V (-15)及可調(diào)(-ADJ)等多個電壓檔次產(chǎn)品。此外，該芯片還提供了工作狀態(tài)的外部控制引腳。LM2576系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路的主要特性如下2:最大輸出電流：3A;最高輸入電壓：LM2576為40V，LM2576HV為60V ；輸出電壓：3.3V、5V、12V、15V和ADJ (可調(diào))等可選；振東頻率：52kHz;轉(zhuǎn)換效率：75

5、%88% (不同電壓輸出時的效率不同)；控制方式：PWM;工作溫度范圍：-40 C +125 C工作模式：低功耗/正常兩種模式可外部控制;工作模式控制：TTL電平兼容；所需外部元件：僅四個（不可調(diào)）或六個（可調(diào)）；器件保護(hù)：熱關(guān)斷及電流限制；封裝形式：TO-220或TO-263LM2576的內(nèi)部框圖如圖1所示，該框圖的引腳定義對應(yīng)于五腳TO-220封裝形式。Block Diagram11V,魅=iJMlLIF“鼻科.W如R1 = Cfaii, IRJ =0QLM2576內(nèi)部包含52kHz振蕩器、1.23V基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路、熱關(guān)斷電路、電流限制電路、放大器、比較器及內(nèi)部穩(wěn)壓電路等。為了產(chǎn)生不同的輸出

6、電壓，通常將比較器的負(fù)端接基準(zhǔn)電壓 （1.23V）， 正端接分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，這樣可根據(jù)輸出電壓的不同選定不同的阻值，其中R1=1kQ （可調(diào)-ADJ時開路），R2分別為1.7 kQ （3.3V)、3.1 k Q (5V)、8.84 k Q (12V)、11.3 k Q (15V)和 0(-ADJ),上述電阻依據(jù)型號不同已在芯片內(nèi)部做了精確調(diào)整，因而無需使用者考慮。將輸出電壓分壓電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出同內(nèi)部基準(zhǔn)穩(wěn)壓值1.23V進(jìn)行比較，若電壓有偏差，則可用放大器控制內(nèi)部振蕩器的輸出占空比，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。由圖1及LM2576系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路的特性可以看出，以LM2576為核心的開關(guān)穩(wěn)壓電源完全

7、可以取代三端穩(wěn)壓器件構(gòu)成的MCU穩(wěn)壓電源。2 LM2576應(yīng)用舉例2.1基本應(yīng)用設(shè)計由LM2576構(gòu)成的基本穩(wěn)壓電路僅需四個外圍器件，其電路下圖 所示。7V - JOYibt hv)ociiwTypical ApplicationLU25?t/.IkTM卜 100 pHIM!4H2( ：iLU257BHV-5FIGURE 1.電感L1的選擇要根據(jù)LM2576的輸出電壓、最大輸入電壓、最大負(fù)載電流等參數(shù)選擇，首先，依據(jù)如下公式計算出電壓微秒常數(shù)（ET）:E T= (Vin - Vout) XVout/ Vin 為000/f(1)上式中，Vin是LM2576的最大輸入電壓、Vout 是 LM257

8、6 的輸出電壓、f是LM2576的工作振蕩頻率值52kHz）。ET確定之后，就可參照參考文獻(xiàn)所提供的相應(yīng)的電壓微秒常數(shù)和負(fù)載電 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇流曲線來查找所需的電感值了。（下圖為：圖三）+5V0氣二raOFFTL. CMOS, etc. 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇C 13300 Vin/ Vout x L (2)上式中，Vin是LM2576的最大輸入電壓、 Vout是LM2576的輸 出電壓、L是經(jīng)計算并查表選出的電感 L1的值，其單位是 yH。電容C鐵耐壓值應(yīng)大于額定輸出電壓的1.52倍。對于5V電壓輸出而言，推薦使用耐壓值為16V的電容器。二極管D1的額定

9、電流值應(yīng)大于最大負(fù)載電流的 1.2倍，考慮到 負(fù)載短路的情況，二極管的額定電流值應(yīng)大于 LM2576的最大電 流限制。二極管的反向電壓應(yīng)大于最大輸入電壓的1.25倍。參考文獻(xiàn)中推薦使用1N582X系列的肖特基二極管。Vin的選擇應(yīng)考慮交流電壓最低跌落值( Vac-min )所對應(yīng)的LM 2576輸入電壓值及LM2576的最小輸入允許電壓值 Vmin(以5V 電壓輸出為例，該值為8V)，因此，Vin可依據(jù)下式計算：Vin ( 220Vmin/Vac-min )如果交流電壓最低允許跌落 30% (Vac-min=154V )、LM2576 的電壓輸出為 5V (Vmin=8V )，則當(dāng)Vac=22

10、0V時，LM2576 的輸入直流電壓應(yīng)大于11.5V，通?？蛇x為12V。2.2工作模式可控應(yīng)用設(shè)計LM2576的5腳輸入電平可用于控制 LM2576的工作狀態(tài)。5腳 輸入電平與TTL電平兼容。當(dāng)輸入為低電平時，LM2576正常工 作；當(dāng)輸入為高電平時，LM2576停止輸出并進(jìn)入低功耗狀態(tài)。圖3是LM2576的工作模式可控電路原理圖。圖3中，下拉電阻可保證 MCU-C0N控制端為低時LM2576的正 常工作。Shutdow n In put的控制端信號來自 MCU，該端為低電 平時，LM2576停止輸出，系統(tǒng)進(jìn)入低功耗狀態(tài)。當(dāng)為該端為高 電平時，三極管導(dǎo)通會使 LM2576重新工作。設(shè)計時保證當(dāng) MC U-CON控制端為高電平且三極管導(dǎo)通時，電阻R不至于因過流而損