工业、通讯及个人体系等产品对稳压器或相似芯片的需求不断增加,但大部分开关稳压器的规划除了需求专门的规划技能外,更需增加很多外置式元件才可正常作业。本文介绍LM267X系列稳压器在极性反相转化器规划中的运用技巧。
极性反相转化器在开端作业时先将能量储存在电感器(L)内,后经过二极管(D)将能量传送至输出区。开关一旦发动,二极管便发生反相偏压,电感器电流也随即以线性办法增加。开关一旦封闭,电感器的极性将反过来,以保证开关电流可坚持最高的流量。因而,二极管将发生正向偏压,而储存在电感器之内的能量会传送至负载及电容器。因为这类转化器能够升高或下降输入电压,因而,这种集成电路也称为降压/升压转化器。
规划上的考虑
选用LM2673芯片的极性反相稳压器的典型装备,负输出已接地,而反应信号则传送至接地,因而无需额外的电平移位以及将反应信号加以反相,就可恰当调理负极输出。此运用计划也可选用可调型LM2673芯片,办法是将反应电阻由接地衔接至输出电压(VOUT)(与输出电容器并行衔接)。因为这种电路的操控与输出传送函数的零点呈现在右半平面,因而一般来说安稳性较差。因而,在输入与负
输出之间需求选用另一比输入电容器更小的电容器CC将之衔接起来,以保证稳压器环路的安稳作业,100uF或以下的小电容能够发挥器材的功用。
若输出电流低至100mA以下,稳压器能够选用断续形式作业,这样便无需电容器CC。
若运用电容器CC,每逢供电电压开端输入电路时,电容器充电电流会在输出的开始状况呈现正电压尖峰,但一般来说,这个正电压尖峰波幅太小,不会引起任何问题。
电容器初始状况的充电电流会令电容器等效串联电阻(ESR)的电压下降。因为电容器CC及输出电容器可执行分压器的功用,因而电压尖峰的波幅在初始状况由CC及输出电容器的ESR数值所决议。输出电容器的ESR数值一般均远比补偿电容器的ESR为低,因而初期电压尖峰波幅很小,一般只要500mV。若传感器直流电阻高至2V以上,而发动电流在初始状况也很高,尖峰也将较高。二极管D2将正输出电压尖峰钳位在某一电平内,以肖特基二极管为例,电压大约可定在300mV内。大部份状况均无需钳位,也无需选用D2。
挑选适用的元件
以下列出所选的电路元件及其具体核算结果。均以接连形式作业为基准核算。
占空比的核算如下:
D=( |VOUT|+Vd ) / (VIN+|VOUT|+Vd-VSW)
在上述方程式之中:Vd=二极管正向电压; VSW=晶体管导通电压; VSW=Iswmax*RDS(on);传感器均匀电流为:
IL = IOUT/(1 – D)
选用不同办法能够核算出所需的电感量。较佳办法是将电感器纹波电流(△IL)选定在传感器均匀电流(IL)的20%与30%之间。这样稳压器可在接连形式下作业,此规划的负载瞬态呼应较好,输出纹波电压也较抱负。
因而,峰至峰电感器纹波电流(△IL)选定为:△IL=0.2至0.3*IL,所需电感为:
L= VIN*D / (f-△IL)
电感器的额外RMS电流应等于或超越最高开关电流(Isw max),避免电感饱满。此外,电感器的额外伏秒值至少应为:E*T= VIN/D*f
集成电路的额外参数核算
直流/直流转化器的额外功率有必要支撑最高电流及电压。
开关电流峰值为:
Isw max=IL+ △IL/2
因为芯片的接地衔接输出,芯片的额外最高输入电压有必要支撑标称输入电压及输出电压。
芯片的额外最高开关电压及输入电压为:Vsw max=VIN+|VOUT|,功耗为:PD=VIN*Iq+(Isw max)2*RDS(on),最高的开关电流取决于占空比D及电感器数值。
二极管额外值的核算
续流二极管D1有必要满意以下参数要求:IDmax=Iswmax VDmax=VIN+|VOUT| PD=IDmax*VD*(1-D)
一般均会选用低正导游通电压的肖特基二极管,以便取得抱负的转化功率。
挑选适用的输出电容器
挑选输出电容器时有必要以其ESR数值的巨细为首要的取舍规范,且其电容有必要够大,足以在接通电源后供给负载电流。ESR数值的巨细对输出电压纹波有决议性的影响。ESR的核算办法如下:
ESR = △VOUT/Iswmax
在以上方程式中:△VOUT=需求的输出纹波电压
电容器的电容有必要到达某一最低的数值,才可供给所需的输出纹涉及负载电流,其核算办法如下:
COUT min= IOUT*D/f-△VOUT
挑选适用的输入电容器
挑选输入电容器时有必要以其ESR数值及额外RSM电流为首要取舍规范,以便为输入的高电流改变供给支撑。
在实践运用中,选用低ESR电容器较抱负,因为它有助于减低输入电压纹波,及削减对同一体系内的其他电路形成的搅扰。至于部分对电磁搅扰极为灵敏的运用计划,可考虑增加L-C输入滤波器。
安稳性的考虑
因为开关形式的直流/直流转化器包括频率呼应操控环路,因而其规划有必要契合操控环路的安稳性规范。
因为电感数值、输出电容和ESR以及补偿电容器CC会影响稳压器环路的安稳性,因而所用的转化器有必要经过安稳性测验。
首要需求进行的安稳性测验是查看半导体开关(即LM2673芯片的输出管脚) 的开关电压波形。这个波形应该是安稳的,并且并无颤抖的现象,如图3和图4的波形所示,别离选用接连及断续作业形式。
不管输入电压及负载电流怎么变化,假如波形仍能坚持安稳,便足以显现这是一个安稳的规划。
此外,要进行脉冲负载测验或测量其负载瞬态呼应。测验时,最低及最高负载之间的负载电流别离以脉冲分隔(矩形波形,快速上升时间),并运用示波器督查输出电压波形。在这些状况下,输出电压应该对负载电流变化做出安稳而并无任何振动的呼应。这些测验有必要重复验证以证明不管输入电压为何,输出电压依然做出相同的响
应。
若进行测验时稳压器呈现安稳性的问题,输出电容器及/或补偿电容器CC有必要随即替换。关于选用LM267X芯片的反相降压/升压运用计划来说,电容器CC的电容值越高,体系安稳性便越高。
发动问题
即便输入电压低至5V,LM267x系列开关稳压器仍可充分运用降压/升压规划的长处,尽管开关稳压器一般均规则输入电压VIN最低有必要为6.5V,但这款集成电路的内置式5V稳压器能够为芯片供给内部偏压。
因为芯片的接地衔接输出,因而输入电压VIN至接地之间的实践电压是输入电压加输出电压的总和,一般来说这个总和会超越8V。因为在初始状况芯片的输入为5V以便发动芯片,一旦输出变为负电压,芯片的输入电压最终会升高至等于输入电压与输出电压的总和(VIN+ VOUT),电压总和超越6.5V,契合相关技能规范。
反相稳压器在发动时一般需求高峰值输入电流。若运用这款开关稳压器芯片的软发动功用,便可将高峰值输入电流减至最低。
本文总结
以下所示的每一个体系简直全部都需求在电路板上加设稳压器或相似的芯片,并且其间不少体系还需求加设转化器以进步体系功率。但大部分开关稳压器的规划均需求专门的规划技能,并且还要加设多达十四个外置式元件才可正常作业。本文介绍的高集成度芯片所需外置式元件只要四个,并且已免费预装Switchers Made Simple软件,使运用厂商无需专门的规划技能也可开发开关稳压器。这能够保证规划工程师在短短数日内便能完结高功用开关电源的规划。因而在笔记本型核算机、台式核算机、手持式设备、LCD/TFT监视器、打印机、扫描仪、上网设备等范畴取得广泛的运用。