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LM2576


LM2576 在 MCU 电源设计中的应用
时间:2010-09-03 14:36:58 来源: 作者:

嵌入式控制系统的 MCU 一般都需要一个稳定的工作电压才能可靠工作。而设计 者多习惯采用线性稳压器件(如 78xx 系列三端稳压器件)作为电压调节和 稳压器件来将较 高的直流电压转变 MCU 所需的工作电压。 这种线性稳压电源的线性调整工作方式

在工作中 会大的“热损失”(其值为 V 压降×I 负荷),其工作效 率仅为 30%~50%[1]。加之工作在高粉 尘等恶劣环境下往往将嵌入式工业控制系统置于密闭容器内的聚集也加剧了 MCU 的恶劣 工况,从而使嵌入式控制系 统的稳定性能变得更差。 而开关电源调节器件则以完全导通或关断的方式工作。因此,工作时要么是大电 流流过低导通电压的开关管、要么是完全截止无电流流过。因此,开关稳压电源的功 耗极 低,其平均工作效率可达 70%~90%[1]。在相同电压降的条件下,开关电源调节器件与线 性稳压器件相比具有少得多的“热损失”。 因此, 开关稳压电 源可大大减少散热片体积和 PCB 板的面积,甚至在大多数情况下不需要加装散热片,从而减少了对 MCU 工作环境的有害影 响。

采用开关稳压电源来替代线性稳压电源作为 MCU 电源的另一个优势是:开关管 的高频通断特性以及串联滤波电感的使用对来自于电源的高频干扰具有较 强的抑制作用。 此外,由于开关稳压电源“热损失”的减少,设计时还可提高稳压电源的输入电压,这有助于 提高交流电压抗跌落干扰的能力。 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。 1 LM2576 简介 LM2576 系列是美国国家半导体公司生产的 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。 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 1 所示,该框图的引脚定义对应于五脚 TO-220 封装形 式。 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=1k?(可调-ADJ 时开路), R2 分别为 1.7 k?(3.3V)、3.1 k?(5V)、8.84 k?(12V)、 11.3 k?(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。 2 LM2576 应用举例 2.1 基本应用设计 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:图三)

该电路中的输入电容 Cin 一般应大于或等于 100?F, 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 ?F): 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 ?H。 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。 2.2 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 3 是 LM2576 的工作模式可控电路原理图。 图 3 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。 结束语 经实际使用证明,采用 LM2576 系列开关稳压集成电路作为 MCU 稳压电源的核 心器件不仅可以提高稳压电源的工作效率,减少能源损耗,减少对 MCU 的热损 害,而且 可减少外部交流电压大幅波动对 MCU 的干扰,同时可降低经电源窜入的高频干扰,这对保 障 MCU 的安全和可靠运行能起到事半功倍的作用。


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