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LM2595 SIMPLE SWITCHER®功率转换器150 kHz 1A降压电压调节器(二)

日期:2020-10-29 标签:电压功率压电降压 类别: 阅读:3979 (来源:互联网)

电压尖峰是由输出开关和二极管的快速开关动作以及寄生引起的输出滤波电容器的电感及其相关布线。为了减少这些电压尖峰电容器应设计用于开关调节器应用,并且引线长度必须保持很短。布线电感,杂散电容,以及用于评估这些瞬态的示波器探针,都有助于这些尖峰的振幅。当开关稳压器以连续模式工作时,电感器电流波形的范围为三角形到锯齿形波形(取决于输入电压)。对于给定的输入和输出电压,电感电流波形的峰-峰振幅保持不变。当负载电流增加或减小时,整个锯齿波电流波形也有升有降。中心值的平均值电流波形等于直流负载电流。如果负载电流降到足够低的水平,锯齿形电流波形的底部将达到零,并且切换开关将平稳地从连续工作模式切换到不连续操作模式。Most切换器如果输出很轻,设计(不管电感值有多大)将被迫不连续运行加载。这是一种完全可以接受的操作方式。

在开关稳压器设计中,知道峰值到峰值电感器纹波电流(ΔIIND)的值可以用于确定许多其他电路参数。峰值电感或峰值开关等参数电流,电路不连续前的最小负载电流,输出纹波电压和输出电容器的ESR都可以从峰间ΔIIND计算出来。当电感器列线图显示在图22到图25都是用来选择一个电感器的值,电感器的峰值纹波电流可以立即决定。图31中所示的曲线显示了(ΔIIND)的预期范围不同的负载电流。曲线还显示了峰值间电感器纹波电流(ΔIIND)如何随在电感区域内,从下边界到上边界(对于给定的负载电流)。这个上边框表示较高的输入电压,而下边框表示较低的输入电压(请参见感应器选择指南)。这些曲线仅适用于连续模式操作,且仅当使用电感器选择指南时选择电感器值考虑以下示例:

VOUT=5V,最大负载电流800mA

VIN=12V,标称,在10V和14V之间变化。

图23中的选择指南显示了0.8A负载电流的垂直线和12V输入电压大约在68μH电感的上下边界中间相交地区。68μH电感器允许峰值到峰值电感器电流(ΔIIND)流动,该电流为最大负载电流。参考图31,沿着0.8A线大致进入电感的中间位置纹波电流峰值(IIP)在左侧,峰值为300毫安。

当电感器的输入电压接近14V时,电感的上边界会增加纹波电流增加。参考图31中的曲线,可以看出,对于0.8A的负载电流电感纹波电流(ΔIIND)为300毫安,12V in,上限为340毫安在14V边界处(225到14V)。一旦已知ΔIIND值,可使用以下公式计算有关开关调节器电路。

1.峰值电感器或峰值开关电流

2.电路不连续前的最小负载电流

3.输出纹波电压=(ΔIIND)×(COUT的ESR)=0.30A×0.16Ω=48mV p-p

开芯电感器

另一个增加输出纹波电压或不稳定操作的可能来源是开芯电感器。铁氧体筒管或棒状电感器有磁力线,磁力线从线轴的一端流过空气另一端。这些磁力线会在任何导线或PC板的铜迹线中产生电压在感应器的磁场中。磁场的强度,方向和位置PC铜迹线对磁场的影响,以及铜迹线与感应器之间的距离,确定铜迹线中产生的电压量。另一种看待这种感应耦合的方法是将PC板铜迹线视为变压器(次级)的一匝,电感器绕组为初级。许多毫伏可以产生在铜跟踪附近的一个开放的核心电感器,这可能导致稳定性问题或高输出纹波电压问题。如果发现运行不稳定,并且使用了开芯电感器,则电感器的位置可能关于其他PC跟踪可能是问题。要确定这是否是问题所在,请暂时升高电感器离开电路板几英寸,然后检查电路的工作情况。如果电路现在正常工作,然后,来自开芯电感器的磁通量就是问题的根源。用闭芯电感器代替如托轮或电子核心将纠正问题,或重新安排电脑布局可能是必要的。磁性的磁通量切割IC器件的接地轨迹、反馈轨迹或输出电容的正负轨迹应该最小化。有时,在线轴感应器的正下方定位一个轨迹会提供很好的结果,只要它正好在电感器的中心(因为感应电压会自动抵消),但如果它偏离中心1否则问题就会出现。如果出现磁通问题,甚至感应器的方向在某些电路中,绕组可以起作用。对开芯电感器的讨论不是为了吓唬用户,而是为了提醒用户什么样的问题在使用它们时要小心。开芯线轴或“棒”电感器是一种廉价、简单的方法制造一个紧凑高效的电感器,他们被数以百万计的人用于许多不同的应用。

热因素

LM2595有两个封装,一个5针TO-220(NDH)和一个5针表面贴装TO-263(KTT)。TO-220封装可在环境温度高达约50°C的情况下使用,无需散热器(取决于输出电压和负载电流)。图32中的曲线显示了LM2595T接头不同的输入温度和高于环境温度的输出。这些曲线的数据在环境温度为25°C(静止空气)。这些温升数值都是近似值,有许多因素可以影响这些温度。更高的环境温度需要一些散热,或者是到PC板或是一个小的外部散热器

263表面贴装封装标签设计用于焊接到印刷电路板上的铜上。这个铜和电路板是该封装和其他发热部件(如捕捉二极管和感应器。焊接封装的PC板铜面积应至少为0.4 in2,理想情况下应该有2平方英寸或更多2盎司(0.0028英寸)的铜。额外的铜面积提高热特性,但与铜面积大于约3平方英寸,仅在实现了散热。如果需要进一步的热改进,双面或多层PC板建议使用大面积铜。图33所示曲线显示LM2595S(TO-263封装)结温升高于环境温度各种输入和输出电压的1A负载下的温度。这些数据是在电路运行的情况下采集的作为一个降压开关稳压器,所有元件都安装在PC板上模拟结温在实际操作条件下。此曲线可用于快速检查近似连接温度适用于各种条件,但要注意有许多因素会影响结温度。为了获得最佳的热性能,广泛的铜痕迹和大量的印刷电路板铜应该在电路板布局中使用。(一个例外是输出(开关)引脚,它不应该有大大面积的铜提供最好的热传递(较低的热阻)到周围的空气和流动的空气进一步降低了热阻。封装热阻和结温升数值都是近似值,而且有很多影响这些数字的因素。其中一些因素包括板的尺寸、形状、厚度、位置,位置,甚至板温。其他因素有,迹线宽度,印刷电路总铜面积,铜厚度,单面或双面,多层板以及板上焊料的数量。有效性PC板散热还取决于其他元件的尺寸、数量和间距以及周围空气是否静止或移动。此外,其中一些组件如捕捉二极管将为PC板增加热量,热量会随着输入电压的变化而变化。对于电感器,取决于物理尺寸,核心材料的类型和直流电阻,它可以作为一个散热片将热量从电路板上带走,否则会给电路板增加热量。

延迟启动

图34中的电路使用ON/OFF引脚提供输入电压之间的延时施加并显示输出电压的时间(仅显示与延迟启动相关的电路)。当输入电压升高时,电容器C1的充电会将开/关引脚拉高,从而使调节器关闭。一旦输入电压达到最终值,电容器停止充电,电阻器R2将接通/断开引脚低,从而允许电路开始开关。电阻器R1包括限制最大电压应用于开/关引脚(最大25V),降低电源噪声灵敏度,并限制电容器,C1,放电电流。当输入纹波电压高时,避免长延时,因为这种纹波可能会耦合到ON/OFF引脚中,并导致问题。在输入电源限制在以下情况下,此延迟启动功能非常有用当前它可以交付。它允许输入电压在调节器开始工作之前上升到更高的电压。降压调节器在较高的输入电压下需要较少的输入电流。

欠压闭锁

有些应用要求调节器保持关闭,直到输入电压达到预定电压为止。一应用于降压调节器的欠压锁定功能如图35所示,而图36和图37将相同的特性应用于反转电路。图36中的电路具有恒定的阈值电压打开并关闭(zener电压加上大约1伏)。如果需要滞后,图37中的电路具有与关闭电压不同的开启电压。滞后量约为等于输出电压的值。如果使用zener电压大于25V,则另使用47 kΩ电阻器需要从ON/OFF销到接地销,以保持在开/关销的25V最大限值内。

反转调节器

图38中的电路将正极输入电压转换为具有公共接地的负输出电压。这个电路通过将调节器的接地引脚引导到负输出电压,然后接地来运行反馈引脚,调节器感应反向输出电压并调节。

本示例使用LM2595-5.0生成−5V输出,但通过选择其他输出电压是可能的其他输出电压版本,包括可调版本。由于此调节器拓扑可以产生大于或小于输入的输出电压电压,最大输出电流很大程度上取决于输入和输出电压。曲线如图39提供了一个关于不同输入和输出可能的输出负载电流量的指南电压条件。调节器上出现的最大电压是输入和输出电压的绝对和,以及这必须限制在最大40V。例如,当将+20V转换为−12V时,调节器将看到输入销和接地销之间的32V。LM2595的最大输入电压规格为40V。此调节器配置需要额外的二极管。二极管D1用于隔离输入电压纹波或在光或空载条件下,CIN电容器耦合到输出的噪声。另外,这个二极管隔离将拓扑更改为closley,类似buck配置,从而提供良好的闭环稳定性。肖特基二极管是推荐用于低输入电压(因为其电压降较低),但用于更高输入电压,可以使用快速恢复二极管。

在没有二极管D3的情况下,当第一次施加输入电压时,CIN的充电电流可以拉正输出在短时间内几伏特。增加D3可以防止输出大于a二极管电压。

由于逆变调节器的操作不同,标准设计程序不适用于选择感应器值。在大多数设计中,68μH,1.5A电感是最佳选择。电容器选择范围也可以缩小到几个值。使用图38中显示的值将提供良好的结果是大多数的反转设计。