Radioelektronik Audio-HiFi-Video 4/2002

P

rzetwornice DC/DC firmy National

Semiconductor, serii LM 2576, s¹

dostêpne w wersji o sta³ym oraz

regulowanym napiêciu wyjœcio-

wym. Podstawowe cechy tych uk³adów s¹

nastêpuj¹ce:

q

wersje sta³onapiêciowe maj¹ napiêcia

wyjœciowe o wartoœciach: 3,3 V; 5 V;

12 V i 15 V,

q

wersja o regulowanym napiêciu wyj-

œciowym mo¿e dostarczaæ napiêæ w zakre-

sie od 1,23 V do 37 V (57 V dla uk³adów

oznaczonych HV)

±

4% w ca³ym zakresie

liniowoœci i warunków obci¹¿enia,

q

gwarantowany pr¹d wyjœciowy o warto-

œci do 3 A,

q

szeroki zakres napiêæ wejœciowych,

40

÷

60 V dla wersji wysokonapiêciowej (HV),

q

wymagaj¹ tylko czterech elementów

zewnêtrznych,

q

generator wewnêtrzny o czêstotliwo-

œci 52 kHz,

q

wewnêtrzne zabezpieczenie termicz-

ne i ograniczenie pr¹dowe,

q

wejœcie blokuj¹ce (shut down) kompa-

tybilne z uk³adami TTL.

Przetwornice serii LM 2576 mog¹ w wielu

przypadkach stanowiæ element zastêpczy

dla popularnych trójwyprowadzeniowych sta-

bilizatorów scalonych. Z uwagi na wysok¹

sprawnoœæ mog¹ byæ zredukowane wymia-

ry radiatora, a w wielu przypadkach nawet wy-

eliminowana potrzeba jego stosowania.

Zastosowania

q

Proste przetwornice o wysokiej spraw-

noœci zmniejszaj¹ce napiêcie wyjœciowe

(buck regulator),

PRZETWORNICE DC/DC

(2)

q

Wstêpny stabilizator napiêcia (o du¿ej

sprawnoœci) przed stabilizatorem liniowym,

q

Przetwornice z napiêcia dodatniego na

ujemne (buck-boost).

Konstruowanie przetwornicy u³atwia seria

d³awików ró¿nych producentów o standar-

dowych wartoœciach indukcyjnoœci specjal-

nie optymalizowana do zastosowañ z uk³a-

dem LM25776.

Schemat blokowy uk³adu LM 2576 wraz

z podstawowym uk³adem aplikacyjnym

przedstawiono na rys. 9.

Parametry graniczne

Maksymalne napiêcie zasilaj¹ce:

LM 2576

45 V

LM 2576 HV

63 V

Maksymalny zakres napiêcia

przy³o¿onego do wyprowadzenia

blokuj¹cego ON/OFF

_0,3 V

≤

U

≤

U

we

Temperatura przechowywania od _65

o

C do +150

o

C

Maksymalna temperatura z³¹cza

150

o

C

Maksymalna temperatura wyprowadzeñ
(lutowanie 10 s)

260

o

C

Dopuszczalne warunki pracy
Zakres temperatury pracy _40

o

C

≤

T

j

≤

+125

o

C

Napiêcie zasilania:

LM 2576

40 V

LM 2576 HV

60 V

Parametry znamionowe
Parametry dla T

j

= 25

o

C, wartoœci podane (w tablicy 1)

t³ustym drukiem dotycz¹ dopuszczalnego zakresu tem-
peratury pracy
Je¿eli nie podano inaczej, U

we

= 12 V dla wersji 3,3;

5 V i regulowanej, U

we

= 25 V dla wersji 12 V i U

we

=

30 V dla wersji 15 V, I

L

= 500 mA

r

PODZESPO£Y

25

Obliczanie elementów

przetwornicy o sta³ym napiêciu

wyjœciowym

Projektuj¹c przetwornicê o sta³ym napiêciu

wyjœciowym, okreœlonym napiêciu wejœcio-

wym i okreœlonym poborze pr¹du (rys. 10)

nale¿y wyznaczyæ:

_ indukcyjnoœæ d³awika L1,

_ pojemnoœæ kondensatora wyjœciowego C2,

_ typ diody kluczuj¹cej.

Wyznaczanie indukcyjnoœci

d³awika L1

Wartoœæ indukcyjnoœci nale¿y wyznaczyæ

na podstawie wykresów podanych na rys.

11a

÷

d. Ka¿dy z wykresów odnosi siê do

jednej wartoœci napiêcia wyjœciowego. Na

wykresach zaznaczony jest obszar (zbiór

wartoœci U

we max

, I

L max

), dla którego obo-

wi¹zuje okreœlona wartoœæ indukcyjnoœci

d³awika L1. D³awik musi byæ wykonany w ta-

ki sposób, aby móg³ pracowaæ z czêstotliwo-

œci¹ kluczowania 52 kHz i przep³ywie pr¹-

du o wartoœci 1,15 x I

Lmax

.

Zalecane gotowe elementy indukcyjne wytwa-

rzane przez trzy firmy s¹ podane w tablicy 2.

D³awiki s¹ dostêpne w ró¿nym wykonaniu

z rdzeniem kubkowym, toroidalnym, typu E,

szpulowym itp. Jako materia³ na rdzeñ sto-

sowany jest ferryt lub sproszkowane ¿elazo.

a)

b)

Rys. 9. Uk³ad LM 2576 a _ rozmieszczenie wyprowadzeñ, obudowy TO-220,

b _ schemat blokowy wraz z podstawowym uk³adem aplikacyjnym. Wartoœci rezystorów R1 i R2 dla odpowiednich wersji napiêciowych s¹ nastêpuj¹ce:

3,3 V _ R

2

= 1,7 k

Ω

, R

1

= 1,01 k

Ω ,

5 V _ R

2

= 3,1 k

Ω

, R

1

= 1,01 k

Ω,

12 V _ R

2

= 8,84 k

Ω

, R

1

= 1,01 k

Ω,

15 V _ R

2

= 11,3 k

Ω

, R

1

= 1,01 k

Ω ,

Regulowana R

2

= 0, R

1

=

∞

Kaso-

wanie

Napiêcie

odniesienia

1,23 V

Generator

52 kHz

Bezpiecznik

termiczny

Ogranicznik

pr¹du

Regulator

wewnêtrzny

ON/OFF

Rys. 10.

Schemat przetwornicy

o sta³ym napiêciu

wyjœciowym

Komparator

Klucz

Wzmacniacz

b³êdu

Sprzê¿enie zwrotne

LM 2576/

LM 2576HU_xx

Bardzo ma³¹ wartoœci¹ ESR charakteryzu-

j¹ siê kondensatory tantalowe. Mog¹ byæ

one ³¹czone równolegle z kondensatorami

aluminiowymi stanowi¹c 10

÷

20% ca³kowi-

tej pojemnoœci.

Wybór diody

kluczuj¹cej D1

Z uwagi na wymagan¹

czêstotliwoœæ pracy dio-

da D1 musi byæ diod¹

szybk¹. Dobrym roz-

wi¹zaniem bêdzie za-

stosowanie diody

Schottky

,

ego. Dopu-

szczalny pr¹d diody

kluczuj¹cej D1 musi

byæ co najmniej 1,2 ra-

za wiêkszy ni¿ maksy-

malny pr¹d obci¹¿enia.

Najtrudniejsze warunki

pracy dla diody D1 wy-

stêpuj¹ przy przeci¹¿e-

niu lub przy zwarciu

wyjœcia do masy. Do-

Najtañsze d³awiki s¹ typu

szpulkowego, ale poniewa¿

strumieñ magnetyczny nie za-

myka siê ca³kowicie w rdzeniu,

wytwarzaj¹ wiêcej zak³óceñ

elektromagnetycznych, co mo-

¿e ujemnie wp³ywaæ na czu³e

uk³ady.

Wyznaczenie pojemnoœci kon-

densatora wyjœciowego C2

Pojemnoœæ wyjœciowego kon-

densatora razem z indukcyjno-

œci¹ d³awika okreœla dominu-

j¹c¹ parê biegunów pêtli prze-

twornicy.

Aby praca by³a stabilna przy

akceptowalnym poziomie têt-

nieñ na wyjœciu (ok. 1% napiê-

cia wyjœciowego), wartoœci¹

wystarczaj¹c¹ dla kondensa-

tora C2 bêdzie 100

÷

470

µ

F.

Jednak w celu dalszego

zmniejszenia poziomu têtnieñ

na wyjœciu nale¿y wartoœæ kon-

densatora C2 zwiêkszyæ do kil-

ku tysiêcy

µ

F. Napiêcie pracy

kondensatora wyjœciowego po-

winno byæ co najmniej 1,5 raza

wiêksze ni¿ wartoœæ napiêcia

wyjœciowego. Im wy¿sze jest

napiêcie pracy kondensatora,

tym mniejsza jest wartoϾ szko-

dliwej zastêpczej szeregowej

rezystancji ESR (Eqivalent Se-

ries Resistance). ESR powodu-

je straty mocy w wyniku czego

nastêpuje nagrzewanie konden-

satora, ma tak¿e wp³yw na czas

¿ycia kondensatora oraz têtnienia napiêcia

wyjœciowego.

ESR kondensatora zale¿y od wielu czynni-

ków: wartoœci pojemnoœci, dopuszczalnego

napiêcia pracy, rozmiarów fizycznych, typu

konstrukcji.

Ogólnie, ma³a wartoœæ pojemnoœci lub ma-

³e napiêcie dopuszczalne (<12 V) konden-

satora elektrolitycznego oznacza wiêksz¹

wartoœæ ESR. Kondensator pracuj¹cy jako

filtr na wyjœciu przetwornicy przy wiêkszej

wartoœci ESR spowoduje wiêksz¹ amplitu-

dê napiêcia têtnieñ. W celu zmniejszenia têt-

nieñ napiêcia na wyjœciu mo¿na zastosowaæ

równolegle kilka standardowych konden-

satorów elektrolitycznych lub kondensator

wy¿szej jakoœci. Kondensatory takie nazy-

wane s¹ czêsto ”wysokiej czêstotliwoœci”,

”ma³ej indukcyjnoœci” lub ”ma³ego ESR”.

Zastosowanie ich spowoduje zmniejszenie

wyjœciowego napiêcia têtnieñ do 10

÷

20 mV.

Jednak przy pracy przetwornicy w trybie

ci¹g³ym zmniejszenie ESR poni¿ej 0,03

Ω

mo¿e spowodowaæ jej niestabilnoœæ.

26

puszczalna wartoœæ znamionego napiêcia

zaporowego (U

R

) powinna byæ co najmniej

1,25 raza wiêksza ni¿ maksymalna wartoœæ

napiêcia wejœciowego.

Symbol

Parametr

Warunki

LM2576-XX

Jednostki

LM2576 HV-XX

Wartoœci

Wartoœci

(wartoœci

typowe

graniczne

graniczne)

(Uwaga 1)

Pr¹d polaryzacji wejœcia

U

wy

= 5 V (dotyczy wersji

I

b

dla sprzê¿enia

z regulowanym

50

100/500

nA

zwrotnego

napiêciem wyjœciowym)

f

o

Czêstotliwoœæ generatora

Uwaga 6

52

min. 47/42

kHz

maks. 58/63

U

SAT

Napiêcie nasycenia

I

wy

= 3 A (Uwaga 2)

1,4

maks. 1,8/2,0

V

klucza

DC

Maksymalny cykl pracy

(Uwaga 3)

98

min. 93

%

I

CL

Ograniczenie pr¹du

(Uwaga 2 i 6)

5,8

min. 4,2/3,5

A

maks. 6,9/7,5

I

OLC

Wyjœciowy pr¹d up³ywu

(Uwaga 4 i 5) U

wy

= 0 V

maks. 2

mA

U

wy

= _1 V

7,5

U

wy

= _1 V

maks. 30

I

Q

Pr¹d spoczynkowy

(Uwaga 4)

5

maks. 10

mA

I

STBY

Pr¹d spoczynkowy

w stanie czuwania

ON/OFF = 5 V (OFF)

50

maks. 200

µ

A

R

thj-c

Rezystancja termiczna

Obudowa TO-220

2

o

C/W

L 47

47

µ

H

67126980

PE-53112

RL 2442

L 68

68

µ

H

67126990

PE-92114

RL 2443

L 100

100

µ

H

67127000

PE-92108

RL 2444

L 150

150

µ

H

67127010

PE-53113

RL 1954

L 220

220

µ

H

67127020

PE-52626

RL 1953

L 330

330

µ

H

67127030

PE-52627

RL 1952

L 470

470

µ

H

67127040

PE-53114

RL 1951

L 680

680

µ

H

67127050

PE-52629

RL 1950

H 150

150

µ

H

67127060

PE-53115

RL 2445

H 220

220

µ

H

67127070

PE-53116

RL 2446

H 330

330

µ

H

67127080

PE-53117

RL 2447

H 470

470

µ

H

67127090

PE-53118

RL 1961

H 680

680

µ

H

67127100

PE-53119

RL 1960

H 1000

1000

µ

H

67127110

PE-53120

RL 1959

H 1500

1500

µ

H

67127120

PE-53121

RL 1958

H 2200

2200

µ

H

67127130

PE-53122

RL 2448

T a b l i c a 1. Parametry charakterystyczne

UWAGI

1. Wartoœci graniczne parametrów, gwarantowane dla temperatury pokojowej, podane s¹ czcionk¹ standardow¹, a dla pe³nego za-

kresu temperatury pracy czcionk¹ pogrubion¹.

2. Pr¹d p³yn¹cy z wyprowadzenia wyjœcia. Do wyjœcia nie jest do³¹czony ¿aden element dodatkowy (dioda, kondensator, d³awik).

3. Wyprowadzenie sprzê¿enia zwrotnego od³¹czone od wyjœcia i do³¹czone do masy.

4. Wyprowadzenie sprzê¿enia zwrotnego od³¹czone od wyjœcia i do³¹czone do +12 V dla wersji o napiêciu wyjœciowym regulowanym,

wersji 3,3 V i 5 V, natomiast dla wersji 12 V i 15 V _ do³¹czone do napiêcia o wartoœci +25 V w celu zablokowania wyjœciowego tran-

zystora.

5. U

we

= 40 V (60 V dla wersji HV).

6. W przypadku zwarcia lub przeci¹¿enia wyjœcia, w wyniku czego nastêpuje spadek napiêcia wyjœciowego o 40% w stosunku do na-

piêcia znamionowego, czêstotliwoœæ generatora maleje do oko³o 11 kHz. To samozabezpieczenie cechuje zmniejszenie œredniej roz-

praszanej mocy w uk³adzie scalonym w wyniku zmniejszenia minimalnego cyklu pracy z 5% do oko³o 2%.

T a b l i c a 2. Zestawienie wartoœci indukcyjnoœci d³awików i odpowiadaj¹-

ce im kody gotowych elementów trzech producentów

Kod

WartoϾ

Schott

Pulse

Renco

d³awika indukcyjnoœci Corporation Engineering Electronics

Incorporated

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 4/2002

Typy diod, które mog¹ pracowaæ jako dioda

D1, s¹ podane w tablicy 3.

Z powodu bardzo du¿ej szybkoœci prze³¹-

czania i ma³ego napiêcia przewodzenia naj-

lepsz¹ sprawnoœæ maj¹ diody Schotky

,

ego,

szczególnie w przetwornicach o ma³ym na-

piêciu wyjœciowym. Diody szybkie s¹ rów-

nie¿ dobrym wyborem, ale pewne ich typy

z ostr¹ charakterystyk¹ wy³¹czania mog¹

powodowaæ niestabilnoœæ pracy przetworni-

cy lub problemy z zak³óceniami.

Kondensator wejœciowy C1

W celu zapewnienia stabilnoœci pracy prze-

twornicy wyprowadzenie wejœcia uk³adu

LM 2576 musi byæ zablokowane konden-

satorem o wartoœci co najmniej 100

µ

F.

Je¿eli temperatura otoczenia mo¿e byæ

ni¿sza ni¿ _25

o

C, wartoœæ pojemnoœci kon-

densatora nale¿y zwiêkszyæ. Do³¹czenie

równolegle do kondensatora elektrolitycz-

nego kondensatorów ceramicznych lub

tantalowych wp³ynie na poprawê stabilno-

U

R

Diody Schottky

,

ego

U

R

Diody szybkie

3 A

4 A

÷

6 A

3 A

4 A

÷

6 A

IN 5820

20 V

MBR 320 P

1N 5823

SR 302

1N 5821

30 V

MBR 330

50WQ03

SR 303

1N 5824

50 WF10

1N 5822

MBR 340

100 V

31 DF1

MUR 410

40 V

MBR 340

50WQ04

HER 302

HER 602

SR 304

1N 5825

50 V

MBR 350

50WQ05

SR 305

60 V

MBR 360

50WQ06

SR 306

50WQ0060

T a b l i c a 3. Zalecane typy diod kluczuj¹cych

œci przetwornicy w niskich temperaturach.

W celu przed³u¿enia bezawaryjnego czasu

pracy kondensatora elektrolitycznego do-

puszczalna dla niego wartoϾ skuteczna

pulsacji pr¹du powinna byæ wiêksza ni¿:

przy czym:

dla przetwornicy obni¿aj¹cej napiêcie (buck),

dla przetwornicy przetwarzaj¹cej napiêcie

dodatnie na ujemne (buck-boost),

t

on

_ czas w³¹czenia klucza,

T _ okres generatora.

n

Maciej Feszczuk

t

T

U

U

U

on

wy

wy

we

=

+

t

T

U
U

on

wy

we

=

I

t

T

I

sk

on

L

≤

12

,

27

Maksymalny pr¹d obci¹¿enia [A]

Maksymalny pr¹d obci¹¿enia [A]

Maksymalny pr¹d obci¹¿enia [A]

Maksymalny pr¹d obci¹¿enia [A]

Maksymalne napiêcie wejœciowe [V]

Maksymalne napiêcie wejœciowe [V]

Maksymalne napiêcie wejœciowe [V]

Maksymalne napiêcie wejœciowe [V]

a)

b)

d)

c)

Rys. 11. Wykresy do wyznaczania wartoœci indukcyj-

noœci w uk³adzie o sta³ym napiêciu wyjœciowym

(np. L47 oznacza indukcyjnoœæ o wartoœci 47

µµ

H)

a _ wykres dla uk³adu LM2576 (HV) _ 3,3

b _ wykres dla uk³adu LM2576 (HV) _ 5,0

c _ wykres dla uk³adu LM2576 (HV) _ 12

d _ wykres dla uk³adu LM2576 (HV) _ 15

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 4/2002

Zdzis³aw Papir

RUCH TELEKOMUNIKACYJNY I PRZECI¥¯ENIA SIECI

PAKIETOWYCH.

Wydawnictwa Komunikacji i £¹cznoœci,

Warszawa 2001, wyd. 1

Monografia na bardzo wysokim poziomie teoretycznym,

przedstawiaj¹ca wykorzystanie stochastycznych strumieni

zdarzeñ do opisu w³aœciwoœci ruchu telekomunikacyjnego,

przekazywanego w sieciach pakietowych z uwzglêdnieniem

strumieni: odnowy, markowowskich, regresyjnych oraz samo-

podobnych. Omówiono mechanizmy zapobiegania przeci¹¿e-

niom w sieciach XC.25, Frame Relay, Asynchronous Transfer

Mode (ATM), TCP/IP oraz mechanizmy roz³adowywania ju¿ ist-

niej¹cych przeci¹¿eñ. Ksi¹¿ka przeznaczona dla pracowników

naukowych oraz studentów szkó³ wy¿szych na kierunkach

zwi¹zanych z telekomunikacj¹ i sieciami komputerowymi

oraz, jak g³osi informacja, dla wszystkich zainteresowanych

telekomunikacj¹. Ale zainteresowani musz¹ mieæ bardzo so-

lidne podstawy teoretyczne i gruntown¹ wiedzê podstawow¹

z dziedziny telekomunikacji.

(lk)

Przegl¹d wydawnictw

0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 1 1,5 2 2,5 3

0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 1 1,5 2 2,5 3

0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 1 1,5 2 2,5 3

0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 1 1,5 2 2,5 3

60

40

20
15

10

8
7

6

5

60

40

20

15

12

10

9

8

7

60
40

35

30
25

20

18

16

15

14

60
40
35
30

25

22

20

19

18

17