开关稳压电源电路设计及应用

1、 电子发烧友 电子技术论坛摘要：在对线性稳压集成电路与开关稳压集成电路的应用特性进 行比较的基础上，简单介绍了 LM2576的特性，给出了基本开关 稳压电源、工作模式可控的开关稳压电源和开关与线性结合式稳 压电路的设计方案及元器件参数的计算方法。关键词：LM2576电源设计MCU嵌入式控制系统的MCU 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XI负荷），其工作效率 仅为30%50%1。加之工作在

2、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F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

3、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。、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

4、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

5、%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 C +125 C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-263LM2576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。Block Diagram11V,魅=iJMlLIF“鼻科.W如R1 = Cfaii, IRJ =0QLM2576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

6、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=1kQ （可调-ADJ时开路），R2分别为1.7 kQ （3.3V)、3.1 k Q (5V)、8.84 k Q (12V)、11.3 k Q (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

7、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，其电路下图 所示。7V - JOYibt hv)ociiwTypical ApplicationLU25?t/.IkTM卜 100 pHIM!4H2( ：iLU257BHV-5FIGURE 1.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（ET）:E T= (Vin - Vout) XVout/ Vin 为000/f(1)上式中，Vin是LM2576的最大输入电压、Vout 是 LM257

8、6 的输出电压、f是LM2576的工作振荡频率值52kHz）。ET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 电子发烧友 电子技术论坛 电子发烧友 电子技术论坛流曲线来查找所需的电感值了。（下图为：图三）+5V0气二raOFFTL. CMOS, etc. 电子发烧友 电子技术论坛C 13300 Vin/ Vout x 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 yH。电容C铁耐压值应大于额定输出电压的1.52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

9、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LM 2576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=22

10、0V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-C0N控制端为低时LM2576的正 常工作。Shutdow n In put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 MC U-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