Микросхемы импульсных преобразователей и ШИМ-контроллеры

Микросхему для импульсного источника выбирают по трём вопросам: где стоит силовой ключ — внутри или снаружи, как она держит выходное напряжение — компаратором, по напряжению или по току, — и какую обвязку требует для устойчивости. Ниже — сравнение MC34063, LM2576, LM2596, TL494, UC3842/3843 и LM5116 по даташитам TI и примеры выбора.

Обновлено 21 октября 2026 г.Редакция GAW

Содержание

Регулятор со встроенным ключом или контроллер
Как микросхема держит выходное напряжение
Сравнение популярных микросхем
Коррекция петли: основы
Как выбрать микросхему
Типичные ошибки

Микросхема импульсного преобразователя превращает постоянное напряжение в импульсы и регулирует их длительность или частоту так, чтобы выходное напряжение оставалось постоянным. Внутри почти всегда одно и то же: опорный источник, генератор, узел сравнения, драйвер и защита по току. Различаются они тем, есть ли в корпусе силовой ключ и каким способом схема решает, когда его выключить.

Коротко

Регулятор со встроенным ключом (LM2596, LM2576, MC34063) — минимум деталей, но ток ограничен корпусом: 3 А у LM2596, 1,5 А пикового тока ключа у MC34063.
Контроллер с внешним ключом (TL494, UC3842, LM5116) — ток и напряжение определяются выбранными MOSFET: LM5116 работает от входа до 100 В.
Управление по напряжению (TL494, LM2596) — сравнение сигнала ошибки с пилой генератора; при непрерывном токе дросселя и выходном конденсаторе с малым ESR (керамика) нужна коррекция Type III, а с электролитом часть коррекции даёт нуль от его ESR.
Управление по току (UC3842, LM5116) — ключ выключается по пиковому току дросселя; хватает коррекции Type II, но при заполнении больше 50 % нужна компенсация наклона.
Устойчивость — запас по фазе 45–60° (TI SLVA662); у регуляторов со встроенной коррекцией её задаёт выходной конденсатор.

Регулятор со встроенным ключом или контроллер

На схеме понижающего преобразователя ключ — это то, что коммутирует входное напряжение на дроссель. В импульсном стабилизаторе (регуляторе) ключ — биполярный транзистор или MOSFET на одном кристалле с управлением, снаружи остаются дроссель, диод, конденсаторы и делитель. В контроллере ключ внешний, и микросхема лишь управляет его затвором.

	Встроенный ключ	Внешний ключ
Примеры	LM2596, LM2576, MC34063	TL494, UC3842/3843, LM5116
Ток	ограничен ключом и корпусом: 1,5–3 А	определяется MOSFET, десятки ампер
Входное напряжение	ограничено микросхемой: 40 В у LM2596	ограничено ключом; у LM5116 — до 100 В
Обвязка	4–6 деталей, коррекция часто встроена	ключ, драйвер или резистор в затворе, датчик тока, корректирующая цепь
Потери в ключе	у старых биполярных ключей велики: 1,16–1,4 В при 3 А у LM2596	зависят от R_DS(on) выбранного MOSFET
Где уместен	платы 5 и 3,3 В от 12–24 В до 2–3 А	сетевые блоки питания, мощные и высоковольтные источники

Падение на ключе — главный источник потерь у классических регуляторов. LM2596 при токе 3 А теряет на насыщении ключа 1,16 В типично и до 1,4 В при 25 °C, MC34063 в схеме Дарлингтона — 1,0–1,3 В при 1 А. Для выхода 3,3 или 5 В это заметная доля: современные микросхемы с MOSFET-ключом и синхронным выпрямлением теряют меньше, но для понимания принципа и простых схем старые модели остаются удобными.

Как микросхема держит выходное напряжение

Компаратор: MC34063

В MC34063 нет усилителя ошибки: делитель обратной связи подключён к компаратору с порогом 1,25 В, и, пока выход ниже порога, генератор включает ключ в очередных циклах, а ограничитель тока прерывает импульс, когда падение на датчике тока достигает 250–350 мВ. Цепь коррекции не нужна, но частота и длительность импульсов меняются от цикла к циклу, а пульсации больше, чем у ШИМ с усилителем ошибки: в примере инвертирующего преобразователя TI при входе 5 В и токе 100 мА размах пульсаций на выходе — 500 мВ без дополнительного фильтра и 70 мВ с LC-фильтром, в понижающем примере (25 В, 500 мА) — 120 мВ. Впрочем, эти цифры во многом следуют из выбранного при расчёте допустимого размаха пульсаций. Зато одна микросхема делает повышающую, понижающую и инвертирующую схемы при входе 3–40 В. Расчёт обвязки — в калькуляторе MC34063.

Управление по напряжению: TL494, LM2576, LM2596

Классическая ШИМ: усилитель ошибки сравнивает часть выходного напряжения с опорным, а ШИМ-компаратор — его выход с пилой генератора. Чем больше ошибка, тем шире импульс. В TL494 два усилителя ошибки (второй обычно ограничивает ток), регулируемое мёртвое время и выходы, которые работают параллельно или поочерёдно — для однотактных и двухтактных схем. Частота задаётся RC-цепью: f = 1/(R_T · C_T) в диапазоне 1–300 кГц; в двухтактном режиме каждый выход работает на половине этой частоты.

Слабое место — силовая часть с LC-фильтром даёт двойной полюс и резкий спад фазы на резонансной частоте фильтра. Если выходной конденсатор керамический и нуль от его ESR лежит далеко за частотой среза, при непрерывном токе дросселя корректирующая цепь должна поднять фазу больше чем на 90° — это цепь Type III с двумя нулями (TI SLVA662). С электролитическим конденсатором нуль от ESR частично возвращает фазу, и этим пользуются регуляторы со встроенной коррекцией (см. ниже).

Управление по току: UC3842, LM5116

Усилитель ошибки задаёт не ширину импульса, а пиковый ток дросселя: ключ включается тактом генератора и выключается, когда напряжение на датчике тока достигает уровня, заданного выходом усилителя. В UC3842 порог токового входа — 1 В, поэтому пиковый ток ключа равен 1 В / R_S. По управлению по току Unitrode/TI (U-100A) называет такие преимущества:

дроссель для петли напряжения ведёт себя как источник тока, и двухполюсная характеристика силовой части сводится к однополюсной — коррекция проще;
ограничение тока работает в каждом цикле само по себе;
изменение входного напряжения сразу меняет наклон тока, и схема реагирует на него до того, как изменится выход;
силовые каскады с управлением по току можно включать параллельно с равным делением тока.

Платить приходится шумочувствительностью: выброс тока в начале импульса может преждевременно выключить ключ, поэтому TI рекомендует RC-фильтр на токовом входе UC3842. А при заполнении больше 50 % в непрерывном режиме возникают субгармонические колебания — к сигналу тока добавляют часть пилы генератора (компенсация наклона). LM5116 снижает чувствительность к шуму иначе: пилу тока он формирует искусственно (эмулирует), и TI объясняет этим надёжную работу при очень малых заполнениях, которые нужны при входе до 100 В.

Сравнение популярных микросхем

Микросхема	Тип	Вход	Ключ / выход	Частота	Опорное	Топологии
MC34063A	регулятор, компаратор	3–40 В	встроенный, 1,5 А пиковый	до 100 кГц	1,25 В ±2 %	понижающая, повышающая, инвертирующая
LM2576	регулятор, ШИМ	до 40 В (60 В у HV)	встроенный, 3 А	52 кГц	1,23 В	понижающая
LM2596	регулятор, ШИМ	до 40 В	встроенный, 3 А	150 кГц	1,23 В, выход ±4 %	понижающая
TL494	контроллер, по напряжению	7–40 В	два транзистора по 200 мА	1–300 кГц	5 В ±5 % (выход REF)	однотактные и двухтактные
UC3842/3843	контроллер, по току	12–28 В рекомендуемое	драйвер MOSFET ±1 А	до 500 кГц	2,5 В (выход VREF — 5 В)	обратноходовая, прямоходовая, повышающая
LM5116	контроллер, по току (эмуляция)	6–100 В	два драйвера N-MOSFET: нижний 1,8 А вытекающий / 3,5 А втекающий, верхний 1 / 2,2 А (пиковые)	50 кГц – 1 МГц	±1,5 %	синхронная понижающая

Частота определяет размеры дросселя и конденсаторов: при прочих равных индуктивность обратно пропорциональна частоте, поэтому дроссель для LM2596 на 150 кГц почти втрое меньше, чем для LM2576 на 52 кГц. Цена высокой частоты — коммутационные потери, которые растут пропорционально частоте. Подробнее о связи частоты, дросселя и пульсаций — в статье «Понижающий преобразователь».

Коррекция петли: основы

Любой стабилизатор с обратной связью может возбудиться, если на частоте, где усиление петли падает до единицы (частота среза), фазовый сдвиг близок к 360°. Критерии из TI SLVA662:

запас по фазе 45–60° — безопасная величина, переходный процесс при скачке нагрузки хорошо задемпфирован;
на частоте среза усиление петли должно спадать с наклоном −20 дБ/декаду.

Чем пользоваться:

Цепь	Состав	Когда подходит
Type I	интегратор (полюс в нуле)	основа остальных типов: даёт большое усиление на постоянном токе, но не поднимает фазу
Type II	полюс в нуле, один нуль и один полюс	управление по току; прерывистый режим при любом управлении
Type III	полюс в нуле, два нуля, два полюса	управление по напряжению в непрерывном режиме, особенно с керамическим выходным конденсатором: компенсирует двойной полюс LC-фильтра

У регуляторов со встроенной коррекцией (LM2576, LM2596) свободы почти нет: часть коррекции — нуль, который создаёт ESR выходного конденсатора. Поэтому TI ограничивает ESR и сверху (пульсации), и снизу: слишком малое ESR может сделать петлю неустойчивой, у LM2576 — ниже 0,03 Ом. Керамический конденсатор вместо электролита здесь не улучшение, а риск. Для LM2596 при выходе выше 10 В или выходном конденсаторе с очень малым ESR даташит рекомендует конденсатор C_FF параллельно верхнему резистору делителя — он добавляет опережение по фазе.

У обратноходового и повышающего преобразователей в непрерывном режиме есть нуль в правой полуплоскости: он даёт запаздывание фазы и ограничивает полосу петли. В примере TI для UC3842 он оказывается на 7,07 кГц при входе 75 В и полной нагрузке, и коррекцию считают для худшего случая — наименьшего входного напряжения и наибольшей нагрузки.

Как выбрать микросхему

Топология. Выход ниже входа — понижающая; выше — повышающая; отрицательный — инвертирующая; развязка от сети — обратноходовая или прямоходовая с трансформатором (обзор — Microchip AN1207 и статья «Импульсные преобразователи»).
Входное напряжение с запасом. Учитывайте выбросы и наибольшее напряжение источника: 24-вольтовая шина с выбросами до 36 В уже близка к 40-вольтовому пределу LM2596.
Пиковый ток ключа, а не только ток нагрузки. В понижающей схеме он больше выходного на половину размаха пульсаций, в повышающей — больше в U_вых/U_вх раз плюс пульсации.
КПД и нагрев. Оцените потери на ключе и диоде; если они больше 1–2 Вт, нужен корпус с радиатором, синхронное выпрямление или внешний MOSFET.
Частота и размеры. Выше частота — меньше дроссель и конденсаторы, но больше коммутационные потери и требования к разводке.
Доступность. LM2596, LM2576, MC34063, TL494 и UC384x выпускают несколько производителей, их легко купить и заменить.

Пример 1: 12 В → 5 В, 2 А

MC34063 не подходит: в понижающей схеме пиковый ток ключа по формулам TI равен 2 · I_вых = 4 А при допустимых 1,5 А. Нужен внешний транзистор.
LM2596 подходит: 3 А, ограничение тока не ниже 3,6 А при 25 °C. Оценка потерь на ключе: коэффициент заполнения по формуле даташита (ур. 8) D = (U_вых + U_D) / (U_вх − U_нас + U_D) = (5 + 0,5) / (12 − 1,16 + 0,5) ≈ 0,485 (U_D = 0,5 В — наше допущение для диода Шоттки), потери проводимости 1,16 В · 2 А · 0,485 ≈ 1,1 Вт типично и около 1,4 · 2 · 0,485 ≈ 1,35 Вт по максимальному насыщению (оно задано при 3 А, так что при 2 А оценка с запасом). Добавьте потери на диоде Шоттки в оставшуюся часть периода и коммутационные потери — на корпус TO-263 нужна медь платы под теплоотвод.
LM2576 тоже подходит, но на 52 кГц ему нужен дроссель большей индуктивности.

Индуктивность и конденсатор для этого случая посчитает калькулятор:

Исходные данные

Преобразователь

Понижающий (buck)Повышающий (boost)

Входное напряжение, максимум

худший случай для расчёта

Выходное напряжение

Ток нагрузки, максимум

Частота преобразования

из даташита микросхемы

КПД

оценка: 85–95 %

Пульсации тока дросселя

от среднего тока, обычно 20–40 %

Пульсации на выходе

мВ

размах

Своя индуктивность

мкГн

необязательно

ESR выходного конденсатора

мОм

необязательно: керамика — единицы мОм, электролит — десятки и сотни

Результат

Индуктивность дросселя: 10 мкГн; минимум 9,72 мкГн, взят ближайший номинал E6 сверху
Ток насыщения дросселя — не меньше: 2,32 Асредний ток 2 А плюс половина пульсаций
Пульсации тока дросселя: 648 мАразмах
Коэффициент заполнения: 46,3 %
Выходной конденсатор — не меньше: 3 мкФпо ёмкости, без учёта ESR

Проверьте, что ток ограничения ключа микросхемы с запасом больше пикового тока, и сверьтесь с рекомендациями её даташита: значения дросселя и конденсаторов там часто заданы под конкретную компенсацию цепи обратной связи.

Пример 2: 48 В → 12 В, 8 А

Ни один регулятор со встроенным ключом из таблицы не подходит: вход выше 40 В, ток больше 3 А. Нужен контроллер на 48 В с запасом — LM5116 работает до 100 В и управляет внешними верхним и нижним MOSFET; синхронное выпрямление вместо диода экономит несколько ватт при 8 А. Ключи выбирают по напряжению с запасом над входом и по R_DS(on) и заряду затвора.

Пример 3: сетевой обратноходовой блок питания

Здесь работает UC3842: он включается, когда напряжение на выводе VCC достигает 16 В (у UC3842 разброс 14,5–17,5 В), и выключается при 10 В. При пуске конденсатор на VCC заряжается от выпрямленной сети через высокоомный резистор — пусковой ток микросхемы меньше 1 мА, — а после старта питание подхватывает вспомогательная обмотка; широкий гистерезис даёт время на этот переход. Схема с питанием от 12 В требует UC3843 с порогами 8,4 и 7,6 В. Для таких схем действуют требования электробезопасности, и проектировать их стоит по полному примеру из даташита.

Типичные ошибки

Обычный выпрямительный диод в понижающей схеме: TI прямо называет стандартные диоды для 60 Гц (1N4001, 1N5400) непригодными для LM2576. Нужен диод Шоттки или быстрый диод с мягким восстановлением.
Керамический конденсатор на выходе LM2576/LM2596 без учёта требований к ESR — самовозбуждение и «звон» на выходе.
Свободный вывод ON/OFF у LM2576 — его соединяют с общим проводом для постоянной работы.
UC3842 вместо UC3843 при питании 12 В — микросхема не запустится, потому что ей нужно 16 В для включения.
Нет компенсации наклона у контроллера с управлением по току при заполнении больше 50 % — субгармонические колебания и рост пульсаций.
Расчёт по току нагрузки, а не по пиковому току ключа — особенно в повышающих и инвертирующих схемах на MC34063.
Длинные петли силового тока на плате — помехи и ложные срабатывания токовой защиты; входной конденсатор, ключ и диод должны стоять вплотную.

Частые вопросы

Чем ШИМ-контроллер отличается от импульсного стабилизатора?

В импульсном стабилизаторе (LM2596, LM2576, MC34063) силовой ключ находится внутри микросхемы, и ток ограничен её возможностями — 1,5–3 А у этих моделей. Контроллер (TL494, UC3842, LM5116) только формирует импульсы и управляет внешним MOSFET или транзистором, поэтому ток и напряжение источника определяются в основном выбранными ключами — в пределах собственных ограничений контроллера, например 40 В питания у TL494 и 100 В на входе у LM5116.

Что лучше: управление по напряжению или по току?

Управление по току проще скорректировать: дроссель выпадает из петли, и хватает корректирующей цепи Type II. Кроме того, оно сразу реагирует на скачки входного напряжения и ограничивает ток в каждом цикле. Цена — шумочувствительный токовый сигнал и необходимость компенсации наклона при заполнении больше 50 %. Управление по напряжению не зависит от измерения тока; с керамическими выходными конденсаторами (малое ESR) ему нужна цепь Type III, а с электролитом часть коррекции даёт нуль от ESR конденсатора — на этом построены LM2576 и LM2596.

Чем отличаются UC3842 и UC3843?

Порогами питания: UC3842 включается при 16 В и выключается при 10 В — он рассчитан на сетевые источники с питанием от вспомогательной обмотки; UC3843 включается при 8,4 В и выключается при 7,6 В и подходит для питания от 12 В. Схема и выводы у них одинаковые, а UC3844 и UC3845 ограничивают заполнение 50 %.

Можно ли получить на MC34063 ток 3 А?

Только с внешним транзистором: встроенный ключ рассчитан на пиковый ток 1,5 А, а в понижающей схеме по расчётным формулам TI пиковый ток ключа принимают равным удвоенному выходному. Схема с внешним n-p-n-ключом есть в даташите TI. Для 3 А на выходе проще взять LM2596 или LM2576.

Почему импульсный стабилизатор возбуждается с керамическим конденсатором на выходе?

У LM2576 и LM2596 коррекция встроенная и рассчитана на электролитический конденсатор: его ESR создаёт нуль в петле обратной связи. TI прямо пишет, что слишком малое ESR может сделать петлю неустойчивой, у LM2576 — ниже 0,03 Ом. Ставьте конденсаторы из таблиц даташита или добавьте рекомендованный конденсатор CFF.

Источники

Texas Instruments. MC3x063A 1.5-A Peak Boost/Buck/Inverting Switching Regulators (SLLS636N, revised January 2015) — вход 3–40 В, ток ключа до 1,5 А, генератор до 100 кГц (24–33–42 кГц при CT = 1 нФ), опорное 1,25 В ±2 % (1,225–1,275 В при 25 °C); порог ограничения тока 250–350 мВ; насыщение ключа при 1 А 1,0–1,3 В в схеме Дарлингтона и 0,45–0,7 В с форсированным драйвером; рис. 5–7 — повышающая, понижающая и инвертирующая схемы с внешним n-p-n-ключом; разд. 9.2.1–9.2.3 — пульсации (размах): инвертирующий 5 В / 100 мА — 500 мВ, с дополнительным фильтром 70 мВ; повышающий 12 В / 175 мА — 400 мВ и 40 мВ; понижающий 25 В / 500 мА — 120 мВ и 40 мВ; в формулах понижающей схемы Ipk(switch) = 2 · Iout(max); функциональная схема — компаратор, генератор и ограничитель тока без усилителя ошибки
Texas Instruments. LM2596 SIMPLE SWITCHER Power Converter 150-kHz 3-A Step-Down Voltage Regulator (SNVS124G, revised March 2023) — вход до 40 В, 3 А, внутренняя частотная коррекция; регулируемая версия 1,2–37 В ±4 %; частота 127–150–173 кГц при 25 °C; насыщение ключа 1,16 В тип., 1,4 В макс. при 3 А; ограничение тока 3,6–4,5–6,9 А; разд. 9.1.2 — конденсатор CFF параллельно верхнему резистору делителя при выходе выше 10 В или выходном конденсаторе с очень малым ESR; разд. 9.1.3 — у выходного конденсатора ESR ограничено и сверху, и снизу, слишком малое ESR может сделать петлю неустойчивой; ур. 8 — D = (VOUT + VD) / (VIN − VSAT + VD)
Texas Instruments. LM2576xx Series SIMPLE SWITCHER Power Converter 3-A Step-Down Voltage Regulator (SNVS107G, revised March 2023) — вход до 40 В (60 В у LM2576HV), 3 А, 52 кГц, опорное 1,23 В; насыщение ключа 1,4 В и до 1,8 В при 3 А; ограничение тока 4,2–6,9 А при 25 °C; вход ON/OFF нельзя оставлять свободным; ESR выходного конденсатора ниже 0,03 Ом может вызвать неустойчивость; стандартные диоды для 60 Гц (1N4001, 1N5400) непригодны, нужен диод Шоттки или быстрый диод с мягким восстановлением
Texas Instruments. TL494 Pulse-Width-Modulation Control Circuits (SLVS074J, revised September 2026) — два усилителя ошибки, генератор, компаратор мёртвого времени, триггер управления выходами; питание 7–40 В; выходные транзисторы до 200 мА; генератор 1–300 кГц, fOSC = 1/(RT · CT); опорное 5 В ±5 %; однотактный или двухтактный выход, в двухтактном режиме частота выходов вдвое ниже; мёртвое время от 3 % до 100 %
Texas Instruments. UCx84x Current-Mode PWM Controllers (SLUS223H, revised October 2024) — UCx842/x844 включаются при 16 В на выводе VCC (UC3842/4: 14,5–17,5 В) и выключаются при 10 В, UCx843/x845 — 8,4 и 7,6 В; заполнение до 100 % у x842/x843 и до 50 % у x844/x845; рекомендуемое питание 12–28 В; выход тотемный, пиковый ток ±1 А; частота до 500 кГц; порог токового входа 1 В; вход усилителя ошибки VFB — 2,5 В (2,42–2,58 В), выход VREF — 5 В; разд. 7.3.9 и 8.2.2.10.2 — компенсация наклона нужна при заполнении больше 50 % против субгармонических колебаний; разд. 7.3 и 8.2.2 — RC-фильтр на входе ISENSE против выброса в начале импульса; разд. 8.2.2.10 — правый нуль обратноходового преобразователя ограничивает полосу петли, коррекцию считают при минимальном входном напряжении и полной нагрузке
Texas Instruments. LM5116 Wide Range Synchronous Buck Controller (SNVS499I, revised November 2023) — синхронный понижающий контроллер, вход 6–100 В; управляет внешними верхним и нижним N-канальными MOSFET; пиковые токи драйверов: нижний 1,8 А вытекающий и 3,5 А втекающий, верхний 1 А и 2,2 А; частота 50 кГц – 1 МГц; управление по пиковому току с эмулированной пилой — встроенная компенсация изменений входа, поцикловое ограничение тока, простая коррекция; выход 1,215–80 В; опорное ±1,5 %
Texas Instruments (Unitrode). U-100A: UC3842/3/4/5 Provides Low-Cost Current-Mode Control (SLUA143) — двухконтурная система управления по току: усилитель ошибки задаёт пиковый ток дросселя; при непрерывном токе дроссель для малых сигналов ведёт себя как источник тока, и двухполюсная характеристика силовой части сводится к однополюсной; встроенное поцикловое ограничение тока; параллельная работа с равным делением тока
Texas Instruments. Demystifying Type II and Type III Compensators Using Op-Amp and OTA for DC/DC Converters (SLVA662, July 2014) — запас по фазе 45–60° считается безопасным, наклон усиления на частоте среза −20 дБ/декаду; Type II — полюс в нуле, один нуль и один высокочастотный полюс, не может поднять фазу силовой части, применяется при управлении по току или в прерывистом режиме; Type III нужен, когда требуется подъём фазы больше 90°, — при управлении по напряжению в непрерывном режиме
Microchip. AN1207: Switch Mode Power Supply (SMPS) Topologies (Part II) (DS01207B) — вторая часть обзора топологий: прямоходовая, прямоходовая с двумя ключами, полумостовая, двухтактная, мостовая и обратноходовая (понижающая и повышающая — в первой части, AN1114)

Нашли ошибку?