說明

LM2576系列穩壓器是單片集成電路的理想選擇適用于降壓開關穩壓器的簡易設計（降壓轉換器）。該系列的所有電路都能驅動3.0安的負載具有優良的線路和負荷調節功能。這些設備有固定的輸出電壓為3.3V、5.0V、12V、15V，輸出電壓可調。這些調節器的設計目的是盡量減少外部組件簡化了電源設計。標準系列為使用LM2576而優化的電感器由幾種不同的感應器制造商。由于LM2576轉換器是開關電源，其效率與流行的三端線性相比明顯更高調節器，尤其是輸入電壓更高的調節器。在很多情況下散熱量很低，不需要散熱片，或者可以減小散熱片的尺寸戲劇性地。與LM2576配合使用的標準系列電感器是可從幾個不同的制造商。此功能大大簡化了開關電源的設計。LM2576的特性包括保證±4%的輸出公差規定輸入電壓和輸出負載條件下的電壓，以及±10%在振蕩器頻率上（±2%超過0°C至125°C）。外部關閉是包括，具有80μA（典型）待機電流。輸出開關包括循環電流限制，以及完全熱關機故障條件下的保護。

特征

3.3 V、5.0 V、12 V、15 V和可調輸出版本

可調版本輸出電壓范圍，最大1.23至37 V±4%

過線和負載條件

保證3.0 A輸出電流

寬輸入電壓范圍

只需要4個外部組件

52 kHz固定頻率內部振蕩器

TTL關機功能，低功耗待機模式

高效率

使用現成的標準電感器

熱關機和限流保護

應用

簡單高效降壓調節器

線性調節器的高效預調節器

卡上開關調節器

正-負轉換器（降壓-升壓）

負升壓轉換器

電池充電器電源

絕對最大額定值（絕對最大額定值表示超出極限值可能會損壞設備。）

注：可根據要求提供ESD數據

工作額定值（工作額定值表示設備所處的條件旨在發揮作用，但不保證具體的性能限制。保證規格和試驗條件，見電氣特性。）

系統參數（[注1]測試電路圖15）

電氣特性（除非另有規定，3.3 V、5.0 V和可調版本的Vin=12 V，對于12 V版本，對于15 V版本，Vin=30 V。ILoad=500毫安。對于典型值TJ=25°C，對于最小值/最大值，TJ為工作值適用的結溫范圍[注2]，除非另有說明。）

注：1.外部元件如捕捉二極管、電感器、輸入和輸出電容器會影響開關調節器系統的性能。當如圖15所示使用LM2576測試電路，系統性能如系統參數部分所示。

2LM2576的測試接頭溫度范圍：Tlow=–40°C Thigh=+125°C

設備參數

電氣特性（除非另有規定，3.3 V、5.0 V和可調版本的Vin=12 V，對于12 V版本，對于15 V版本，Vin=30 V。ILoad=500毫安。對于典型值TJ=25°C，對于最小值/最大值，TJ為工作值適用的結溫范圍[注2]，除非另有說明。）

注：3.如果輸出短路或過載導致調節輸出電壓從標稱輸出電壓下降約40%。這種自我保護功能通過降低最小占空比從5%降至約2%。

4.輸出（引腳2）源電流。沒有二極管，電感器或電容器連接到輸出引腳。

5.反饋（引腳4）從輸出端移除并連接至0 V。

6.反饋（針腳4）從輸出端移除，并連接至+12 V（可調）、3.3 V和5.0 V版本，以及+25 V（對于12 V和15 V版本）版本，以強制輸出晶體管“關閉”。7Vin=40伏

典型性能特性（圖15電路）

電壓=15 V

A： 輸出引腳電壓，10 V/DIV

B： 電感器電流，2.0 A/DIV

C： 電感電流，2.0 A/DIV，交流耦合

D： 輸出紋波電壓，50mV/dDIV，交流耦合

水平時基：5μs/DIV

在任何開關調節器中，印刷電路板是非常重要的。快速開關電流與線路電感、雜散電容和印刷電路板的寄生電感痕跡可以產生電壓瞬變電磁干擾（EMI）和操作。如圖15所示，將電感和接地回路，導線的長度用粗線表示的應盡量短。為獲得最佳效果，單點接地（如圖所示）或應采用地平面結構。另一方面，PCB區域連接到引腳2（內部開關發射器）的為了盡量減少對靈敏度的耦合電路。電路的另一個敏感部分是反饋。它是重要的是要保持敏感反饋線路短路。到確保這一點，將編程電阻器實際定位在附近當使用可調版本的LM2576調節器。

Buck變換器基礎

LM2576是一個“降壓”或降壓轉換器最基本的正向模式轉換器。基本的示意圖見圖16。這種調節器拓撲的操作有兩個不同的時間段。第一個發生在串聯開關接通時，輸入電壓連接到電感器的輸入端。電感器的輸出是輸出電壓整流器（或捕捉二極管）是反向偏壓。在此期間，因為有一個恒壓電源電感器電流開始線性上升向上，如下式所示：

在這個“開啟”期間，能量儲存在核心磁通量形式的材料。感應器是否正確在設計上，有足夠的能量儲存“關閉”期間的負載要求。

下一個時段是電源開關的“關閉”時段。當電源開關關閉時電感器反轉其極性并固定在一個二極管上接地二極管電壓下降。電流現在流過捕捉二極管，從而保持負載電流回路。這將從感應器。在此期間，電感器電流為：

當電源開關再次接通時，此周期結束打開了。變頻器的調節通過以下方式完成改變電源開關的占空比。有可能描述占空比如下：

式中，T是切換周期。

對于具有理想元件的buck變換器，其占空比

圖17顯示了buck轉換器的理想波形捕捉二極管電壓和電感電流。

輸入電容（Cin）

輸入電容器應具有低ESR開關模式轉換器的穩定運行ESR（等效串聯電阻）鋁或固體輸入引腳之間需要鉭旁路電容器以及接地引腳，以防止大電壓瞬變出現在輸入端。它必須位于調節器附近使用短導線。在大多數電解電容器中電容值減小，ESR增大低溫。在溫度下可靠工作低于-25°C時，輸入電容器的較大值可能是需要。也與陶瓷或固體鉭平行電容器將提高調節器在冷態下的穩定性溫度。

Cin的均方根額定電流

輸入電容器的重要參數是有效值電流額定值。電容器的體積較大，且大表面積通常具有更高的均方根電流評級。對于給定的電容值，更高的電壓電解電容器的物理容量將比電壓電容器，從而能夠耗散更多的熱量周圍的空氣，因此會有更高的RMS電流額定值。操作電解液的后果超過均方根電流額定值的電容器被縮短使用壽命。為了保證最大電容工作壽命，電容器的均方根紋波電流額定值應該是：

輸出電容器（Cout）

輸出紋波電壓低，穩定性好，ESR低建議使用輸出電容器。輸出電容器有兩個主要功能：過濾輸出并提供調節器環路穩定性。輸出電容器和電感紋波電流的峰間峰值為影響輸出紋波電壓值的主要因素。標準鋁電解槽可以滿足一些但對于高質量設計，低ESR類型推薦。介紹了一種鋁電解電容器的ESR值很多因素，比如電容值，電壓額定值、物理尺寸和結構類型。在大多數情況下在這種情況下，電壓越高的電解電容器就越低ESR值。通常電容器的電壓要高得多可能需要額定值來提供低ESR值，即需要低輸出紋波電壓。輸出電容器需要ESR值有上限和下限如上所述，低ESR值需要低輸出紋波電壓，通常為輸出電壓的1%至2%。但如果所選電容器的ESR極低（低于0.05Ω），存在反饋回路不穩定的可能性，在輸出端產生振蕩。這種情況可能會發生當鉭電容器的ESR很低時作為唯一的輸出電容。在低溫下，放入平行的鋁鉭電解電容器電解電容器不建議用于溫度低于-25°C。在低溫，通常在-25°C和在–40°C下，固體鉭電容器的在低溫和建議溫度低于-25°C。它們可以是也可與鋁電解槽并聯使用。價值觀鉭電容器的容量應為電容器的10%或20%總電容。輸出電容器至少應有在52 kHz時，額定有效值紋波電流比峰值-峰值電感器紋波電流。

捕捉二極管

找到LM2576附近的捕捉二極管LM2576是降壓降壓轉換器；它需要快速二極管，為電感器電流提供返回路徑當開關關閉時。此二極管必須位于靠近LM2576使用短引線和短路印刷電路痕跡避免電磁干擾問題。使用肖特基或軟開關超快恢復二極管因為整流二極管是開關電源的損耗，選擇整流器最適合轉換器的設計是很重要的過程。肖特基二極管提供了最好的性能因為它們的切換速度快，前進速度慢電壓降。

他們提供了最好的效率，尤其是在低產量電壓應用（5.0 V及以下）。另一個選擇可以快恢復，或超快恢復二極管。必須這樣值得注意的是，有些類型的二極管關斷特性可能導致不穩定或電磁干擾故障。具有軟恢復特性的快恢復二極管能更好地滿足一些質量、低噪音的設計要求。表1提供了LM2576適用二極管的列表調節器。標準50/60 Hz整流二極管，如1N4001系列或1N5400系列不適用。

電感器

磁性成分是一切的基石開關電源設計。核心的風格和磁性元件的繞制技術設計對整體的可靠性有很大的影響電源。使用不當或設計不當的電感器會導致中的躍遷速率產生的高壓尖峰開關電源內的電流，以及可能性在異常操作期間，可能會出現堆芯飽和模式。電壓尖峰會導致半導體進入雪崩擊穿，如果足夠的話，零件會立即失效能量被應用。它還可能導致嚴重的射頻干擾（無線電頻率干擾）和EMI（電磁干擾）問題。

連續和不連續操作模式

LM2576降壓轉換器可以在連續和不連續的操作模式。這個當負載為電流相對較大，流過電感器連續不斷，從不降為零。輕載時條件下，電路將被迫斷續當電感器電流在一定時間內降至零的模式時間（見圖23和圖24）。每種模式都有不同的操作特性影響調節器的性能和要求。在許多方面病例首選的手術方式是連續手術模式。它提供更大的輸出功率，更低的峰值電流開關、電感器和二極管，可以有較低的輸出紋波電壓。另一方面，它確實需要更大的保持電感器電流流動的電感器值持續，尤其是在低輸出負載電流和/或高輸入電壓為了簡化電感器的選擇過程，電感器LM2576調節器的選擇指南被添加到這一點數據表（圖18至22）。本指南假設調節器在連續模式下運行，并且選擇允許使用峰間電感器的電感器紋波電流是最大值的一定百分比設計負載電流。此百分比可以更改為選擇不同的設計負載電流。對于輕載（小于大約300毫安）可能需要在不連續模式下操作調節器，因為電感值和尺寸可以保持相對較低。因此，電感器峰值對峰值的百分比電流增加。這種不連續的操作模式是完全可以接受這種類型的開關變換器。任何如果出現以下情況，降壓調節器將被迫進入不連續模式負載電流足夠小。

選擇正確的感應器樣式

選擇核心時的一些重要注意事項型是芯材、成本、輸出功率的功率提供電感器必須容納的物理體積，以及電磁干擾（EMI）屏蔽量核心必須提供的。感應器選擇指南涵蓋不同類型的電感器，如鍋芯、E芯、，環形和筒管芯，以及不同的芯材如鐵氧體和鐵粉制造商。

對于高質量的設計調節器，環形核心似乎是最好的選擇。因為磁通量是被包含的在核心，它產生較少的電磁干擾，減少噪音敏感電路中的問題。最便宜的是線芯式，由繞在鐵氧體上的線組成棒芯。這種類型的電感器由于它的核心是開放的，而磁通量不是包含在核心中。當多個開關調節器位于同樣的印刷電路板，開磁芯會導致兩個或多個調節器電路之間的干擾，尤其是在高電流下，由于相互耦合。一個圓環，罐芯或E芯（閉合磁性結構）應用于此類應用中。

不要操作超出其范圍的電感器

最大額定電流超過電感器的最大額定電流可能由于銅線導致電感器過熱否則磁芯可能飽和。巖芯飽和當磁通密度太高，從而導致交叉核心的截面積不能再支持額外的磁通量線。這會導致巖芯的滲透率下降電感值迅速下降，感應器開始工作看起來主要是抵抗力。它只有直流電阻彎曲的。這會導致開關電流迅速上升并強制LM2576內部開關循環切換電流限制，從而降低直流輸出負載電流。這個也可能導致感應器和/或LM2576。不同的電感器類型有不同的飽和這些特征，在選擇感應器。

輸出電壓紋波和瞬態

輸出紋波的來源

因為LM2576是開關電源調節器，其輸出電壓，如果不濾波，將包含開關頻率下的鋸齒波電壓。這個輸出紋波電壓值范圍為輸出電壓。這主要是由電感器鋸齒引起的紋波電流乘以輸出電容器的ESR。短電壓尖峰及其降低方法調節器輸出電壓也可能包含短路鋸齒波峰值處的電壓尖峰（參見圖25）。出現這些電壓尖峰是因為輸出開關的快速開關動作，以及寄生輸出濾波電容的電感。有一些其他重要因素，如線路電感、雜散電容，以及用于評估這些瞬變，所有這些都有助于它們的振幅釘子。為了減少這些電壓尖峰，低電感應使用電容器，其引線長度必須保持簡短。印刷電路板質量的重要性布局設計也要突出。

減小輸出紋波

為了使輸出紋波電壓最小化，這是可能的放大電感器L1的電感值和/或使用較大值的輸出電容器。還有另一種方法通過額外的LC過濾器（20μH，100μF），可添加到輸出（見圖34）中進一步減少輸出紋波和瞬態量。有了這樣的濾波器，可以減少輸出紋波電壓瞬變10倍或更多。圖25顯示了濾波和未濾波輸出波形之間的差異如圖34所示。較低的波形來自轉換器，上部波形顯示輸出紋波電壓通過額外的LC濾波器過濾。

散熱和散熱注意事項

通孔組件至-220LM2576有兩個封裝，一個5針TO–220（T，TV）和5針表面安裝D2PAK（D2T）。盡管TO–220（T）組件需要在大多數情況下，有些應用程序不需要使LM2576結溫保持在允許工作范圍。較高的環境溫度需要對印刷電路（PC）進行散熱板或外部散熱片。表面貼裝封裝D2PAK及其散熱另一種封裝，表面貼裝D2PAK，是設計用于焊接到PC板上的銅上。這個銅和電路板是這個封裝的散熱片其他產生熱量的部件，如捕集器二極管和電感器。PC板的銅板區域焊接包應至少為0.4 in2（或260平方英寸），理想情況下應具有2平方英寸或更多平方英寸（1300 mm2）0.0028英寸銅。額外增加超過約6.0平方英寸（4000平方毫米）的銅面積散熱效果不明顯。如果進一步加熱需要改進，雙面或多層PC應考慮使用大面積的銅板。在為了達到最佳的熱性能，它建議使用寬的銅痕跡以及大的印刷電路板布局中的銅區域。唯一的例外的是輸出（開關）管腳，它應該沒有大面積的銅（參見第8頁PCB布局指南”）。

熱分析與設計

必須執行以下程序以確定是否需要散熱器。首先確定：1.PD（max）最大調節器功耗應用程序。2.TA（最大）最大環境溫度應用程序。3.TJ（最大）最大允許結溫（LM2576為125°C）。對于保守派來說設計，最高結溫不應超過110°C，以確保安全操作。每增加+10°C連接處的溫升經得起，預計使用壽命部件減半。4.RθJC封裝熱阻連接盒。5.RθJA封裝熱阻結——環境溫度。（參考本數據第2頁的絕對最大額定值板材或RθJC和RθJA值）。下面的公式是用來計算近似總數的LM2576消耗的功率：PD=（Vin x IQ）+d x ILoad x Vsat其中d是占空比，對于buck變換器

IQ（靜態電流）和Vsat可以在LM2576產品介紹，Vin是施加的最小輸入電壓，VO是調節器輸出電壓，ILoad是負載電流。開關過程中的動態開關損耗如果使用適當類型的捕捉二極管，則可以忽略不計。不在散熱器上的包裝（獨立式）對于不使用散熱器的獨立式應用程序，溫度可由以下結決定表達式：TJ=（RθJA）（PD）+TA式中（RθJA）（PD）表示結溫升由耗散功率引起，TA最大環境溫度。散熱器上的程序包如果實際工作結溫大于選定的安全工作結溫度已確定在步驟3中，需要一個散熱器。交界處溫度計算如下：TJ=PD（RθJA+RθCS+RθSA）+TA式中，RθJC是熱阻結-情況，RθCS是熱阻情況-散熱器，RθSA是熱電阻散熱器-環境溫度。

如果實際工作溫度大于選擇安全運行結溫，則取較大值需要散熱器。影響熱設計的幾個方面應注意的是，封裝的熱阻和結溫升數值都是近似值，影響這些數字的因素很多，例如PC板尺寸、形狀、厚度、物理位置，位置、板溫以及周圍的空氣在移動或靜止。其他的因素是跡線寬度，印刷電路銅總量面積，銅厚度，單面或雙面，多層板上焊料的量甚至板的顏色痕跡。其他部件的尺寸、數量和間距也可以影響其有效性來消散炎熱。

其他應用程序

逆變調節器

使用LM2576–12的反向降壓升壓調節器如圖26所示。這個電路轉換正輸入與公共接地的負輸出電壓之間的電壓通過引導調節器接地到負輸出電壓。通過接地反饋引腳，調節器感應反向輸出電壓并進行調節。在本例中，LM2576–12用于生成–12 V輸出。在這種情況下的最大輸入電壓不能超過+28 V，因為最大電壓在監管者面前出現的是輸入和輸出電壓必須限制在最大40 V。這種電路配置能夠提供大約當輸入電壓為12V或更高時，輸出電壓為0.7A。在較輕的負載所需的最小輸入電壓降至大約4.7伏，因為降壓式調節器拓撲可以產生一個絕對的輸出電壓值，大于或小于輸入電壓。

因為開關電流在這種buck-boost配置中比標準buck變換器拓撲結構中的可用輸出電流較低。這種降壓-升壓逆變調節器也可以需要更大的啟動輸入電流，即使輕載。這可能會使輸入電源過載電流限制小于5.0 A。at需要這樣的輸入啟動電流至少2.0 ms或更長時間。實際時間取決于輸出輸出電容器的電壓和大小。因為需要相對較高的啟動電流通過這種逆變調節器的拓撲結構，采用了延時建議啟動或欠壓鎖定電路。使用延遲啟動裝置，輸入電容器在切換模式之前可以充電到更高的電壓調節器開始工作。

啟動所需的高輸入電流現在部分由Cin輸入提供。上面已經提到過啟動延遲或欠壓閉鎖功能可能非常有用。延遲啟動電路應用于buck-boost轉換器如圖27所示，“欠壓鎖定”一節中的圖33描述了同一轉換器的欠壓鎖定功能拓撲結構。

設計建議：

逆變調節器的工作方式與buck變換器和其他不同的設計程序用于選擇電感器L1或輸出電容器Cout。輸出電容值必須大于實際值通常需要用于buck變換器設計。低輸入電壓或高輸出電流需要大值輸出電容器（在數千μF范圍內）。建議的電感器值范圍逆變轉換器設計在68μH和220μH之間選擇具有適當額定電流的電感器必須計算電感器峰值電流。用以下公式得到峰值電感器當前：

在正常的連續電感電流下工作條件下，最壞的情況發生在車輛識別號為最小值時

對于反向配置，使用ON/OFF引腳需要一些水平轉換技巧。這是由事實上，轉換器IC的接地引腳不再位于接地。現在，ON/OFF引腳閾值電壓（1.3V大約）必須與負輸出有關電壓等級。有許多不同的可能關閉方法，其中兩種方法如圖28和29所示

負升壓調節器

這個例子是buck-boost拓撲的一個變體它被稱為負升壓調節器。這個調節器開關電流相對較高，尤其是在較低的電流下輸入電壓。內部開關電流限制導致較低的輸出負載電流能力。圖30中的電路顯示負升壓配置。此應用中的輸入電壓范圍從-5.0 V到-12 V，并提供調節的-12 V輸出。如果輸入電壓大于–12 V，輸出將上升高于-12 V，但不會損壞調節器。

設計建議：與上一個反轉相同的設計規則可采用buck-boost變換器。輸出電容器必須選擇比什么要求更大的標準降壓轉換器。低輸入電壓或高輸出電流需要一個大值輸出電容器（在范圍內數千μF）。電感器的推薦范圍負增壓調節器的值與逆變變換器設計。另一個重要的一點是這些負面的推動轉換器不能在中提供限流負載保護、如果在輸出中出現短路，那么其他一些方法，比如作為保險絲，可能需要提供負載保護。

延遲啟動

有一些應用，比如逆變調節器上面已經提到過，這需要更高數量的啟動電流。在這種情況下，如果輸入電源是這種延遲啟動功能非常有用。在輸入施加電壓和輸出電壓的時間出現時，可以使用圖31中的電路。作為輸入施加電壓，電容器C1充電，然后電阻R2上的電壓下降。當電壓當on/OFF引腳低于閾值1.3 V時調節器啟動。電阻器R1用于限制施加在ON/OFF引腳上的最大電壓。它減少了電源噪聲靈敏度高，也限制了電容器的使用C1放電電流，但不強制使用。當高50赫茲或60赫茲（100赫茲或120赫茲分別）紋波電壓存在，長延時可將波紋耦合到開/關會引起一些問題引腳，調節器可以周期性地開關與線路（或雙倍）頻率

欠壓閉鎖

有些應用要求調節器保持關閉直到輸入電壓達到一定的閾值水平。圖32顯示了應用于buck的欠壓鎖定電路調節器。buck-boost變換器電路的一個版本是如圖33所示。電阻器R3將ON/OFF引腳拉高保持調節器關閉直到輸入電壓達到相對于地面的預定閾值電平引腳3，由以下表達式確定：

在正常的連續電感電流下工作條件下，最壞的情況發生在車輛識別號最小的時候。

可調輸出，低紋波電源

輸出電流能力為3.0 A的電源其特點是輸出電壓可調，如圖34所示。該調節器提供3.0 A到1.2 V到35 V的輸出。這個輸入電壓范圍約為3.0 V到40 V。為了將輸出紋波降低10倍或更多倍此電路中包含額外的L–C濾波器。

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