基于LM2593HV調節器的降壓穩壓器設計
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摘要：LM2593HV是國家半導體公司推出的一款新型降壓（突變）調節器，它可輸出3.3V和5V的固定電壓，也可以根據需要對其輸出進(jìn)行調節，其最大負載電流為2A。文中介紹了LM2593HV的結構特點(diǎn)、功能原理及外圍元器件選擇中應注意的問(wèn)題，并給出了幾個(gè)典型的應用電路。
關(guān)鍵詞：穩壓器 調節器 降壓 LM2593HV
1 LM2593HV的特點(diǎn)
LM2593HV是國家半導體公司推出的一款可降壓（突變）交換調節的單片IC。這款調節器的輸出為固定的3.3V和5V，也可以根據需要進(jìn)行調節，其可調范圍為1.2～57V，并具有極好的線(xiàn)性和負載調節功能，可驅動(dòng)2A的負載。在完全的輸入和輸出條件下，它的輸出電流的容許誤差為±4%，振蕩頻率的容許誤差為±15%.另外，LM2593HV還具有外部關(guān)斷和自保護功能，并可工作在150kHz的變換頻率下。在低功耗待命狀態(tài)下的典型備用電流僅為90μA，從而可大大降低系統的功耗。該芯片內部還設計有過(guò)溫關(guān)斷和兩級限流保護功能?？蓱迷诤?jiǎn)單高效的降壓（突變）調節、線(xiàn)性調節器的預調節、帖片交換及正負轉換等調節系統中。LM2593HV的主要特點(diǎn)如下：
●可調輸出電壓范圍為1.2～57V，最大容許誤差為±0.4%；
●輸出負載電流為2A；
●最大輸出電壓可達60V；
●內置150kHz的振蕩固定頻率；
●內含關(guān)斷和軟啟動(dòng)開(kāi)關(guān)；
●具有可調輸出錯誤標志；
●具有錯誤標志延遲功能；
●具有低功耗模式，典型值為90μA；
●效率極高；
●具熱關(guān)斷和限流保護功能。
2 LM2593HV的引腳功能
LM2593HV采用標準的7腳TO-220和TO-263表面帖兩種封裝形式，其中TO-220封裝形式還有不同的彎曲引腳可供選擇，以適應不同場(chǎng)合的應用需求，圖1所示是其外形封裝圖。
LM2593HV內部包含有頻率補償、固定頻率振蕩器、關(guān)斷/軟啟動(dòng)、錯誤輸出標志、標志延遲、過(guò)熱保護、電流源及電壓源等電路。各引腳功能如下：
VIN（1腳）：正電源輸入端。在該腳接入合適的旁路電容可優(yōu)化其瞬變電壓，并可為芯片提供所需的交換電流。
OUTPUT（2腳）：內部開(kāi)關(guān)輸出端。在VOUT/VIN的一個(gè)工作周期內，該腳上的電壓可在（+VIN-VSTART）和-0.5V之間相互切換。
ERROR FLAG（3腳）：錯誤標志輸出端。當芯片的輸出電壓超出調整范圍（至少95%的標稱(chēng)值）時(shí)，其內部三極管的開(kāi)路集電極輸出為低（≤0.6V）時(shí)，芯片處于關(guān)斷狀態(tài)，其賦關(guān)斷電流為90μA；該腳為高電平（≥2.0V）時(shí)，芯片處于正常工作狀態(tài)。它的典型開(kāi)關(guān)閾值電壓為1.3V，內部最大箝位電壓為7V。若輸入該腳的電壓比箝位電壓高，則必須通過(guò)外部電阻進(jìn)行分壓以確保它的電流不超過(guò)1mA。當輸入該腳的電壓達到1.8V，芯片的工作周期最小，而后隨著(zhù)電壓的升高，工作周期也隨之增大，當達到2.8V或更高時(shí)達到最大（100%）.因此，在該腳接入一個(gè)電容可實(shí)現軟啟動(dòng)功能，芯片的內部電源源將給該電容充電電到箝位電壓。該腳的電壓低于1.3V時(shí)，其充電電流為5μA，而在高于1.3V時(shí)將降至1.6μA，這可用較小的軟啟動(dòng)電容來(lái)實(shí)現。
3 元器件的選擇
3.1 電感
正常啟動(dòng)（非軟啟動(dòng)，也非輸出短路）時(shí)，經(jīng)過(guò)電感的電流將可能因為瞬間的變化而超過(guò)芯片限制電流ICLIM，ICLIM應比負載電流ILOAD大。在過(guò)載狀態(tài)下，還有可能導致電感的飽和。通常，芯片會(huì )通過(guò)阻止電感電流超過(guò)ICLM來(lái)保護自身。但如果DC輸入電壓超過(guò)40V，芯片將無(wú)能為力，使通過(guò)電感的電流會(huì )一直升高到器件損壞。為了確保系統的可靠性，當DC輸入電壓超過(guò)40V時(shí)，電感的瞬時(shí)電流應設置為ICLIM而不是電感的飽和電流。
3.2 輸入電容
在地與VIN腳之間應接一個(gè)旁路電容，而且應盡量靠近芯片，引腳也應盡中能短。該電容可用來(lái)防止輸入端的大電壓瞬變，也可為開(kāi)關(guān)的啟動(dòng)提供瞬時(shí)電流。
3.3 輸出電容
輸出電容COUT可用來(lái)對輸出進(jìn)行濾波，以提高芯片環(huán)路的穩定性。COUT應為低阻抗、低ESR固態(tài)箔式電容，它的ESR值最少不能低于100mΩ,否則可能造成短路。但若ESR太大，鈄可能影響到系統效率和輸出額定電壓，因此，對ESR必須小心選擇。
3.4 箝位二極管
由于LM2593HV的開(kāi)關(guān)速率很快且前向電壓降較低，因此要選用一個(gè)肖基特二極管，以便在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)為電感提供電流。該二極管的額定電壓應大于DC的輸入電壓（非輸出）。
3.5 關(guān)斷/軟啟動(dòng)
在內部電流受限時(shí)，啟動(dòng)時(shí)的電流抑制是非常有用的?？捎密泦?dòng)替代壓封鎖或延遲啟動(dòng)，而極低的輸出電壓斜波需要較大的軟啟動(dòng)電容。若僅用到關(guān)斷功能，則可省掉該電容。
4 常規應用
4.1 反向調節器
圖2是帶有一個(gè)公共地的正負電壓轉換電路。LM2593HV可在FEEDBACK腳檢測到反向輸出電壓，并對其進(jìn)行調整。LM2593HV的最大輸出電流取決于輸入、輸出電壓的大小。其開(kāi)關(guān)峰值電流IPEAK由下式?jīng)Q定（效率為100%）：
IPEAK=ILOAD(VIN+VOUT)/VIN+[(VINVOUT) ×[(VINVOUT×10 6)/2Lf(VIN+VOUT)]
式中：L單位為μA，f單位為Hz。
通過(guò)調節器的最大電壓是輸入、輸出電壓的絕結值之和，但不能超過(guò)60V。如將20V的輸入電壓轉換成-5V的輸出電壓，則在地與輸入腳間的電壓為25V。LM2593HV允許的最大輸入電壓為60V。
圖2中的二極管D1可用來(lái)消除在小負載或無(wú)負載情況下的輸入電壓脈沖噪聲。在低輸入時(shí)，可用肖特基二極管，而在高輸入時(shí)可用1N5400。
該調節器在啟動(dòng)時(shí)需較大的輸入電流，即使是在小負載時(shí)，也應與LM2593HV的電流（約4.0A）相當。因此，圖2中便用了軟啟動(dòng)電路。同時(shí)給出了它的幾種關(guān)斷方式。
4.2 欠壓鎖定
在有些應用中，需要調節器在輸入電壓到預公平值時(shí)不再變化。圖3是突變式調節器的欠壓鎖定電路，圖4是其反向時(shí)的連接電路。圖3用齊納二極管Z1來(lái)設置開(kāi)關(guān)啟動(dòng)時(shí)的閾值電壓。當輸入小于齊納電壓時(shí)，電阻R1、R2將SD/SS腳置低，芯片開(kāi)始工作。欠壓鎖定的閾值電壓比齊納電壓約高1.5V。圖4（a）給出了開(kāi)和關(guān)的一個(gè)連續閾值電壓。若用磁滯電路。則圖4（b）的開(kāi)電壓與關(guān)電壓將有所不同。其磁滯量近似等于輸出電壓值。由于SD/SS腳寄存有一個(gè)約7V的齊納鉗位電壓，所以，當Q1開(kāi)路時(shí)，通過(guò)R2的電流約為1mA。
4.3 負電壓充電泵
有時(shí)電路也可以用一個(gè)充電泵來(lái)滿(mǎn)足小電流、負電壓輸出的需要，具體電路如圖5所示。這個(gè)負電壓的大小等于正確入電壓，并可提供600mA的輸出電流。然而必須保證在可調節正輸出端有最小1.2A的負載，以確保充電泵的正常工作。電阻R1用于使C1的充電電流不大于LM2593HV的限制電流。這種方法也可用于其它簡(jiǎn)單的轉換系統。
5 典型應用
LM2593HV的應用十分廣泛，而且只需極少的外部元器件即可達到穩壓的目的，操作也很方便、簡(jiǎn)單。圖6是LM2593HV的典型應用電路圖。
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