Перейти к содержанию

LM2576 — понижающий импульсный стабилизатор на 3 А и 52 кГц

LM2576 — понижающий стабилизатор со встроенным ключом на 3 А, которому снаружи нужны дроссель, диод и два конденсатора. Он работает на 52 кГц — втрое медленнее LM2596, — поэтому дроссель и конденсатор у него крупнее. Разбираем по даташитам TI и onsemi выводы, параметры и порядок расчёта обвязки.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

LM2576 из серии SIMPLE SWITCHER — понижающий (buck) импульсный стабилизатор со встроенным биполярным ключом на 3 А, генератором 52 кГц, опорным источником, ограничением тока и тепловой защитой. Выпускается на фиксированные 3,3, 5, 12 и 15 В и в регулируемой версии ADJ. TI делает и высоковольтную LM2576HV — на вход до 60 В. Снаружи нужны дроссель, диод, входной и выходной конденсаторы, а у версии ADJ — ещё делитель.

Распиновка

ВыводНазваниеНазначение
1VINвход питания, рядом — входной конденсатор
2OUTPUTвыход ключа: к дросселю и катоду диода
3GNDобщий; соединён с фланцем
4FEEDBACKу фиксированных версий — к выходу, у ADJ — к средней точке делителя
5ON/OFFнизкий уровень — работа, высокий — выключение

Цоколёвка в корпусах TO-220-5 и D²PAK одинаковая и совпадает с LM2596. Фланец соединён с общим выводом, поэтому радиатор не нужно изолировать от общего провода.

Параметры

ПараметрLM2576 (TI)LM2576 (onsemi)
Вход, рабочийдо 40 В (HV — до 60 В)до 40 В
Вход, предельный45 В (HV — 63 В)45 В
Выходной ток3 А3 А
Частота52 кГц, 47–58 кГц при 25 °C52 кГц, 47–58 кГц при 0…125 °C
Опорное напряжение ADJ1,23 В, 1,18–1,28 В во всём диапазоне1,23 В
Точность выхода±4 % по входу и нагрузке±4 %
Падение на ключе при 3 А1,4 В, до 1,8 В1,5 В, до 1,8 В
Ограничение тока при 25 °C4,2–6,9 А4,2–6,9 А
Ток покоя5 мА, до 10 мА5 мА, до 9 мА
Ток в выключенном состоянии50 мкА, до 200 мкА80 мкА, до 200 мкА
КПД при 3 А75 % (3,3 В), 77 % (5 В), 88 % (12 и 15 В)так же
Температура кристалла−40…+125 °C−40…+125 °C

Падение на ключе до 1,8 В объясняет скромный КПД на низких напряжениях: при выходе 3,3 В и токе 3 А только ключ рассеивает несколько ватт. При замыкании выхода стабилизатор сам снижает частоту — по TI примерно до 11 кГц, по onsemi до 18 кГц, — уменьшая минимальную скважность с 5 до 2 % и нагрев.

Вход ON/OFF

Вывод 5 включает и выключает стабилизатор логическим сигналом. По даташиту TI во всём диапазоне температур выключение гарантировано при напряжении от 2,4 В, работа — ниже 0,8 В; выход логики 3,3 и 5 В управляет им напрямую. В выключенном состоянии микросхема потребляет 50–80 мкА типично. TI предупреждает: оставлять вывод свободным нельзя, для постоянной работы его соединяют с общим проводом.

Расчёт обвязки

TI в даташите приводит пример для регулируемой версии: выход 10 В, вход до 25 В, ток 3 А.

Делитель. Uвых = 1,23 · (1 + R2/R1), R1 — от 1 до 5 кОм. При R1 = 1 кОм нужно R2 = 1 кОм · (10 / 1,23 − 1) = 7,13 кОм, ближайший номинал 1 % — 7,15 кОм. TI советует металлоплёночные резисторы 1 % — для стабильности во времени и по температуре.

Дроссель. Сначала считают произведение вольт на микросекунды:

E⋅T=(Uвх−Uвых)⋅UвыхUвх⋅1000fкГц=15⋅1025⋅100052≈115 В⋅мксE \cdot T = (U_\text{вх} - U_\text{вых}) \cdot \frac{U_\text{вых}}{U_\text{вх}} \cdot \frac{1000}{f_\text{кГц}} = 15 \cdot \frac{10}{25} \cdot \frac{1000}{52} \approx 115\ \text{В·мкс}

По графику выбора дросселя для версии ADJ точка 115 В·мкс и 3 А попадает в область 150 мкГн. Дроссель должен быть рассчитан на частоту 52 кГц и ток не меньше 1,15 тока нагрузки. Для фиксированной версии 5 В при входе до 15 В TI по своему графику получает 100 мкГн.

Выходной конденсатор. Для устойчивости TI требует

Cвых≥13 300⋅Uвх maxUвых⋅LC_\text{вых} \ge 13\,300 \cdot \frac{U_\text{вх\,max}}{U_\text{вых} \cdot L}

с ёмкостью в микрофарадах и индуктивностью в микрогенри: 13 300 · 25 / (10 · 150) ≈ 222 мкФ. Для приемлемых пульсаций TI берёт 680 мкФ, а напряжение конденсатора — не меньше 1,5 выходного, то есть от 15 В. Пульсации на выходе примерно равны размаху тока дросселя, умноженному на ESR конденсатора. Но слишком малое ESR тоже вредно: по TI ниже 0,03 Ом в режиме непрерывного тока оно может вызвать неустойчивость. Танталовый конденсатор в роли единственного выходного TI советует тщательно проверять, а лучше ставить его параллельно алюминиевым — на 10–20 % общей ёмкости.

Диод. Ток — не меньше 1,2 тока нагрузки, а если схема должна выдерживать длительное замыкание выхода — не меньше тока ограничения LM2576. Обратное напряжение — не меньше 1,25 максимального входного: для входа до 25 В это от 31,25 В, то есть 40-вольтовый диод. Лучше всего подходят диоды Шоттки, например серии 1N5820–1N5822; обычные 1N4001 и 1N5400 TI называет непригодными.

Входной конденсатор. Алюминиевый или танталовый электролит 100 мкФ у выводов входа и общего — без него стабилизатор может работать неустойчиво.

Диод, конденсаторы и дроссель ставят вплотную к микросхеме короткими дорожками: по выводу 2 и диоду идут импульсы тока с частотой 52 кГц. Посчитать преобразователь в общем виде поможет калькулятор DC-DC.

Нагрев

По onsemi у корпуса TO-220 тепловое сопротивление кристалл–воздух — 65 °C/Вт, кристалл–корпус — 5 °C/Вт. Для корпуса D²PAK TI приводит зависимость от площади меди на плате: 50 °C/Вт при 0,5 квадратного дюйма, 37 °C/Вт при 1 дюйме² и 32 °C/Вт при 1,6 дюйма² и больше. Мощность считают как разность входной и выходной мощностей при КПД из даташита: при 5 В и 3 А и КПД 77 % это 15 / 0,77 − 15 ≈ 4,5 Вт, из которых часть рассеивается в диоде и дросселе.

Импульсный стабилизатор с более высокой частотой и меньшим дросселем — LM2596, линейные — в карточках 7805 и LM317, остальные — в разделе «Стабилизаторы напряжения».

Частые вопросы

Какая распиновка у LM2576?

По даташитам TI и onsemi в корпусах TO-220-5 и D2PAK: 1 — вход Vin, 2 — выход ключа (к дросселю и катоду диода), 3 — общий, 4 — обратная связь Feedback, 5 — ON/OFF. Металлический фланец соединён с общим выводом 3, поэтому радиатор можно не изолировать от общего провода.

Чем LM2576 отличается от LM2596?

Частотой: LM2576 работает на 52 кГц, LM2596 — на 150 кГц. При той же нагрузке LM2576 нужен дроссель большей индуктивности — в примере TI для 3 А это 100–150 мкГн — и конденсаторы большей ёмкости. Цоколёвка у обеих одинаковая, ток 3 А, опорное напряжение регулируемой версии 1,23 В.

Как включить и выключить LM2576 сигналом?

Через вывод 5 ON/OFF: низкий уровень — стабилизатор работает, высокий — выключен с током потребления около 50–80 мкА. По TI выключение гарантировано от 2,4 В, включение — ниже 0,8 В во всём диапазоне температур. Оставлять вывод свободным нельзя — для постоянной работы его соединяют с общим проводом.

Какой диод ставить с LM2576?

Диод Шоттки на ток не меньше 1,2 тока нагрузки и обратное напряжение не меньше 1,25 входного — так требует TI. Для 3 А и входа до 24 В подходит 30-вольтовый Шоттки на 3 А, например 1N5821, для входа до 32 В — 40-вольтовый 1N5822. Обычные выпрямительные 1N4001 и 1N5400 TI прямо называет непригодными: они слишком медленные.

Источники

  1. Texas Instruments. LM2576xx Series SIMPLE SWITCHER Power Converter 3-A Step-Down Voltage Regulator (SNVS107G, revised March 2023) — разд. 1 и 3 — 3,3, 5, 12, 15 В и регулируемая версия 1,23–37 В (57 В у HV), ±4 %, 3 А, вход до 40 В (60 В у HV), 52 кГц ±10 %, дежурный ток 50 мкА типично, поцикловое ограничение тока и тепловая защита; табл. 5-1 — выводы, ON/OFF не оставлять свободным, фланец — общий; разд. 6.1 и 6.3 — 45 и 63 В предельно, 40 и 60 В рабочее, кристалл −40…125 °C; разд. 6.5–6.10 — КПД 75–88 % при 3 А, опорное 1,23 В (1,18–1,28 В во всём диапазоне), насыщение ключа 1,4 и до 1,8 В при 3 А, ограничение тока 4,2–6,9 А при 25 °C и 3,5–7,5 А, ток покоя 5 и до 10 мА, пороги ON/OFF; прим. 7 — при замыкании частота падает примерно до 11 кГц; рис. 6-17 — θJA корпуса DDPAK 50, 37 и 32 °C/Вт при 0,5, 1 и 1,6 дюйма² меди; разд. 8.1.4–8.1.5 и 8.2 — выходной конденсатор, ESR ниже 0,03 Ом может вызвать неустойчивость, диод Шоттки, 1N4001 и 1N5400 не годятся, пример 10 В от 25 В при 3 А: E·T 115 В·мкс, дроссель 150 мкГн на ток 1,15 · IНАГР, COUT ≥ 13 300 · VIN / (VOUT · L), 680 мкФ на напряжение от 1,5 · VOUT, диод на ток от 1,2 · IНАГР и напряжение от 1,25 · VIN, CIN 100 мкФ; табл. 8-3 — диоды Шоттки 1N5820–1N5822 на 3 А и 20–40 В
  2. onsemi. LM2576: 3.0 A, 15 V, Step-Down Switching Regulator (LM2576/D, Rev. 11, April 2025) — выводы TO-220 и D2PAK: 1 Vin, 2 Output, 3 Ground, 4 Feedback, 5 ON/OFF, фланец соединён с выводом 3; предельное питание 45 В, рабочее 40 В, кристалл −40…+125 °C, предел 150 °C; RθJA 65 и 70 °C/Вт, RθJC 5 °C/Вт; частота 52 кГц, 47–58 кГц при 0…125 °C; насыщение 1,5 и до 1,8 В; ограничение тока 4,2–6,9 А; ток покоя 5 и до 9 мА; дежурный ток 80 и до 200 мкА; прим. 3 — при замыкании частота падает примерно до 18 кГц, минимальная скважность с 5 до 2 %
  3. onsemi. LM2596: 3.0 A, Step-Down Switching Regulator (LM2596/D, Rev. 1, December 2022) — для сравнения: та же цоколёвка TO-220-5, 3 А, частота 150 кГц

Нашли ошибку?

Смотрите также