Документация
Нашли ошибку? Сообщите нам ...Комментировать: Применение понижающих преобразователейРаспечатать: Применение понижающих преобразователей

Применение понижающих преобразователей


"Документация" - техническая информация по применению электронных компонентов, особенностях построения различных радиотехнических и электронных схем, а также документация по особенностям работы с инженерным программным обеспечением и нормативные документы (ГОСТ).


Оглавление

В [1] были рассмотрены принцип действия, основные структурные особенности интегральных схем и требования к элементам понижающих преобразователей напряжения (ПнП). Здесь описываются параметры, приводятся каталожные данные ИС, их дополнительные функции и схемы применения.

Таблица 1

Тип ИС Vo,B Io МАХ,
A
КПД,% fo,кГц VIN MAX, В (VIN-Vo)MAX, В (100ΔVo/Vo)MAX, % VREF,
В
LM2574 3,3 0,5 72 52 40 1 ±4 1,23
5 0,5 77 52 40 1 ±4 1,23
12 0,5 88 52 40 1 ±4 1,23
15 0,5 88 52 40 1 ±4 1,23
1,23...37 0,5 77 52 40 1 ±4 1,23
LM2574HV 3,3 0,5 72 52 60 1 ±4 1,23
5 0,5 78 52 60 1 ±4 1,23
12 0,5 88 52 60 1 ±4 1,23
15 0,5 88 52 60 1 ±4 1,23
1,23...37 0,5 77 52 60 1 ±4 1,23
LM2575 3,3 1 72 52 40 1,3 ±4 1,23
5 1 77 52 40 1,3 ±4 1,23
12 1 88 52 40 1,3 ±4 1,23
15 1 88 52 40 1,3 ±4 1,23
1,23...37 1 77 52 40 1,3 ±4 1,23
LM2575HV 3,3 1 72 52 60 1,3 ±4 1,23
5 1 77 52 60 1,3 ±4 1,23
12 1 88 52 60 1,3 ±4 1,23
15 1 88 52 60 1,3 ±4 1,23
1,23...37 1 77 52 60 1,3 ±4 1,23
LM2576 3,3 1 72 52 40 1,6 ±4 1,23
5 1 77 52 40 1,6 ±4 1,23
12 1 88 52 40 1,6 ±4 1,23
15 1 88 52 40 1,6 ±4 1,23
1,23...37 1 77 52 40 1,6 ±4 1,23
LM2576HV 3,3 1 72 52 60 1,6 ±4 1,23
5 1 77 52 60 1,6 ±4 1,23
12 1 88 52 60 1,6 ±4 1,23
15 1 88 52 60 1,6 ±4 1,23
1,23...37 1 77 52 60 1,6 ±4 1,23
LM2673 3,3 3 86 260 40 - ±2 1,21
5 3 88 260 40
±2 1,21
12 3 94 260 40 - ±2 1,21
LM2676 1,2...37 3 88 260 40 - ±2 1,21
LM2678 3,3 5 86 260 40 - ±2 1,21
5 5 88 260 40 - ±2 1,21
12 5 94 260 40 - ±2 1,21
LM2679 1.2...37 5 88 260 40 - ±2 1,21
LH1605 3...30 5 75 100 35 5 - 2,5
МАХ639 5 0,1 91 tOFF= 10 МКС 11,5 0,5 - 1,28
1,28...11 0,1 91 t0FF=10 МКС 11,5 0,5 - 1,28
МАХ724 2,5...39 5 - 100 40 VIN MIN= 8 В - 2,21
МАХ724Н 2,5...49 5 - 100 50 VIN MIN= 8 В - 2,21
МАХ726 2,5...39 2 - 100 40 VIN MIN= 8 В - 2,21
МАХ726Н 2,5...49 2 - 100 50 VIN MIN=8B - 2,21
МАХ730А
(ТШИМ)
5 0,5 92 185 11 0,2 ±5 -
МАХ738А
(ТШИМ)
5 0,75 90 185 16 1 ±5 -
МАХ744А
(ТШИМ)
5 0,75 90 185 16 1 ±5 -
МАХ748А
(ТШИМ)
3,3 0,5 88 180 16 0,3 ±5 1,22
МАХ750А
(ТШИМ)
1,22...10 0,75 92 160 11 1 ±4,5 1,22
МАХ758А
(ТШИМ)
1,22...15 0,45 90 160 16 1 ±4 1,22
МАХ763А
(ТШИМ)
3,3 0,5 90 200 11 0,3 ±5 1,22
Примечание: микросхемы LM, LH выпускаются ф.National Semiconductor, MAX — ф.МАХIМ

Основные параметры преобразователей

Большая часть этих параметров — выходное напряжение Vo, максимальный выходной ток Io MAX -максимальное входное напряжение VIN MAX, коэффициент стабилизации по входу LR, коэффициент стабилизации по выходу LdR и минимальная разность между входным и выходным напряжениями (VIN - Vo)MIN — совпадает с соответствующими параметрами линейных стабилизаторов [2].

(100ΔVo/Vo)MAX
Часто вместо LR и LdR для ПнП задается максимальное изменение выходного напряжения (в процентах) при одновременном максимальном изменении VIN, Io и температуры. Следует подчеркнуть, что Vo всегда положительно. Специфическими параметрами являются:

- fо — рабочая частота (Oscillator Frequency, Switching Frequency), которая одновременно является и частотой пульсации выходного напряжения;
- КПД — коэффициент полезного действия (Efficiency) который, в сущности, есть отношение мощности РO = VOIO, потребляемой нагрузкой, подключенной к выходу преобразователя, к мощности PIN=PO+PD отдаваемой источником нестабилизированного напряжения VIN. Этот коэффициент больше, чем у линейных стабилизаторов, что является одним из основных преимуществ ПнП.

Опорное напряжение (Reference Voltage VREF, Feedback Voltage VFB) используется только в ИС с заданием VO с помощью внешних резисторов.

В таблице приведены основные параметры некоторых ПнП двух крупнейших мировых производителей. Первые 8 из них используются в уже рассмотренных вариантах схем источников питания с фиксированным или задаваемым с помощью внешних резисторов Vo в соответствии со схемой, приведенной на рис.Зб, и формулой (2) в [1]. Исключение составляет LH1605, в котором резистор R1=2 кОм встроен в ИС. Все ИС работают с ШИМ (ТШИМ), что отмечается в первой колонке. Исключением является МАХ639, работающая с ЧИМ. Расположение выводов ИС, приведенных в таблице, дано на рис.1. Выводы NC — не подключены.

Расположение выводов ИС

Рис. 1
Расположение выводов ИС

Следует подчеркнуть, что во всех случаях нужно быть внимательным при использовании каталожных данных о цоколевке и проверять назначение выводов согласно блок-схеме. Дело в том, что одна и та же фирма может в различных ИС использовать разные обозначения для выводов с одинаковым назначением. Например, вывод FB для соединения внешних делителей для задания Vo обозначается как СС или OUT, вывод Vo, кроме как OUT, именуется также LX.

Дополнительные возможности

Кроме стабилизации Vo, современные ИС для ПнП выполняют и некоторые дополнительные функции, гарантирующие их собственную безопасную работу, а также работу питаемых ими устройств.

Дистанционное включение и выключение. С этой целью на соответствующий вывод ИС подается сигнал подходящего логического уровня (как правило, уровня TTL). В схемах, имеющих вывод с обозначением ON/OFF, нормальная работа ПнП (создание напряжения Vo на выходе) обеспечивается сигналом с логическим уровнем "0", а подача сигнала с логическим уровнем "1" выключает ПнП (Vo=0). Если этот вывод не используется, он соединяется с общим проводом. Для ИС с выводами ON/OFF или SHDH все обстоит с точностью до наоборот: нормальная работа имеет место при логическом уровне "1", a Vo = 0 при логическом уровне "0". В этом случае неиспользованный вывод соединяется с VIN.

Задание максимального тока (Current Adjust). Когда мгновенное значение на ключе S в интегральной схеме (рис.2 в [1]) превышает определенное значение, генератор останавливается, что приводит к выключению ПНП (Vo = 0). Для рассмотренных здесь ИС такой возможностью обладают только LM2673 и LM2679. Для ее реализации между выводом CURADJ и общим проводом устанавливается резистор с сопротивлением RADJ=37,1/ISMAX.

Рис. 2

Плавный запуск (Soft Start). Сразу после подключения ПнП к источнику нестабилизированного напряжения VIN, выходной конденсатор начинает заряжаться, выходное напряжение Vo=0, и схема управления ключом CON устанавливает максимально большое время tON замыкания ключа S. В этот момент через ключ может протекать очень большой ток, который может повредить микросхему. Во избежание этого в некоторых ИС предусмотрен медленный старт, который постепенно увеличивает продолжительность tON. Время tSS достижения рабочей величины t0N обычно выбирается в интервале от нескольких единиц до нескольких десятков миллисекунд и задается с помощью конденсатора CSS, который соединяет вывод микросхемы SS и общий провод. В ИС LM2673 и LM2679 его емкость:

причем в ИС фирмы MAXIM она выбирается по таблице, в зависимости от значений VIN и IO. При отсутствии таковой хорошо подходит значение CSS = 47 нФ.

Разновидностью медленного старта является вариант, когда требуемая величина выходного напряжения Vo достигается по истечении времени tSS с момента включения VIN. В этом случае используется схема, приведенная на рис.2. В момент подачи напряжения VIN конденсатор не заряжен, и на вход ON/OFF поступает VIN (т.е. уровень логической "1"), который обеспечивает Vo = 0. За время tSS напряжение на этом входе уменьшается до уровня логического "0", благодаря чему на выходе ИС устанавливается нормальная величина VO. Для задания tSS используется формула

определяющая постоянную времени для пусковой цепи. Рекомендуется выбирать величину tss меньше 20 мс, чтобы не возникло паразитного колебания напряжения на входе ON/OFF с частотой, равной частоте сети.

Контроль VIN для схемы MAX639

Рис. 3а
Контроль VIN для схемы MAX639

Контроль VIN (Low-Battery Detector, Low-Battery Function). Когда входное напряжение VIN больше минимального значения VIN MIN, на специальный вывод ИС (LBO на МАХ639) поступает сигнал соответствующего логического уровня TTL (логическая "1" для МАХ639). При VIN < VIN MIN уровень изменяется (логический "0" для МАХ639), а это означает, что ПнП может выйти из режима. Для МАХ639 используется схема, приведенная на рис.За, где номинал резистора RA определяется по формуле

С той же целью можно использовать и вход ON/OFF, простейший вариант применения которого приведен на рис.Зб,в. В схеме, приведенной на рис.Зб, используется любой маломощный транзистор, насыщенный в нормальном режиме работы ИС. При VIN < VIN MIN транзистор закрывается, что "выключает" ПнП (Vo = 0). Для вычисления RВ используется формула

Использование входа ONN/OFF Использование входа ONN/OFF
Рис. 3б
Использование входа ONN/OFF
Рис. 3в
Использование входа ONN/OFF

Для расчета RС в схеме, приведенной на рис.3в, применяется соотношение

где VТН— величина напряжения на входе ON/OFF, соответствующая уровню логической "1" (обычно VTH = 2 В).

Защита от самовозбуждения. Для LM2673, LM2679, МАХ730А, МАХ738А, МАХ744А, МАХ748А и МАХ763А используется схема, приведенная на рис.4а. где С = 10 нФ для LM2673, С = 33 нФ для LM2679 и С=330 нФ для остальных ИС. Для МАХ724 и МАХ726 применяется схема, приведенная на рис.4,б.

Схема защиты от самовозбуждения Схема защиты от самовозбуждения
Рис. 4а
Схема защиты от самовозбуждения
Рис. 4б
Схема защиты от самовозбуждения

Задание f0 для LM1605. Оно осуществляется путем установки конденсатора Ст между выводом Ст и "землей". Для рекомендуемых значений f0 от 10 до 100 кГц его емкость равна

Cт=1300-11·f0 [пФ], (5)

где f0 задано в килогерцах.

Практические схемы

На рис.5а приведена схема стабилизатора с Vo = 3,3 В и максимальным выходным током IO MAX = 4 А. Соединение элементов с "землей" в одной точке является предпосылкой стабильной работы без самовозбуждения, которое может возникнуть из-за паразитной индуктивности монтажа. Для этой же цели служит и конденсатор 0,033 мкФ. Конденсатор 0,22 мкФ определяет медленный старт. Нормальная величина Vo достигается через 50 мс после подачи входного напряжения. При помощи резистора сопротивлением 6,2 кОм осуществляется ограничение выходного тока величиной не более 6 А.

Схема стабилизатора

Рис. 5а
Схема стабилизатора

Схема стабилизатора

Рис. 5б
Схема стабилизатора

Пример подачи Vo через внешние делители показан на рис.5б. В схеме используются точные резисторы для обеспечения малого производственного допуска Vо, а конденсатор 330 пФ установлен для предотвращения самовозбуждения. RC-цепочка 510 кОм — 0,1 мкФ обеспечивает медленный старт с задержкой от 11 мс (при входном напряжении 6 В) до 4 мс (при 10 В).

Схема стака

Рис. 6
Схема стака

На рис.6 представлена схема стака имеет индуктивность несколько десятков микрогенри, ее активное сопротивление rL должно быть очень малым, поскольку на нем будет падать напряжения IO·rL. Конденсатор фильтра имеет емкость

C=25300/(fс2·L) [мкФ], (6)

где fc — граничная частота фильтра в килогерцах (ее выбирают около 20 кГц), a L — в микрогенри.

Источники

  1. С.Куцаров. Понижающие преобразователи постоянного напряжения в постоянное. — Радиомир, 2003, N 7.
  2. С.Куцаров. Современные интегральные стабилизаторы напряжения. — Радиомир, 2002, N 4.


Дата публикации: 05.11.2003

Оглавление

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.


Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:








 



RadioRadar.net - datasheet, service manuals, схемы, электроника, компоненты, semiconductor,САПР, CAD, electronics