基于LM2593HV調節(jié)器的降壓穩(wěn)壓器設計

摘要：LM2593HV是國家半導體公司推出的一款新型降壓（突變）調節(jié)器，它可輸出3.3V和5V的固定電壓，也可以根據(jù)需要對其輸出進行調節(jié)，其最大負載電流為2A。文中介紹了LM2593HV的結構特點、功能原理及外圍元器件選擇中應注意的問題，并給出了幾個典型的應用電路。

關鍵詞：穩(wěn)壓器 調節(jié)器 降壓 LM2593HV

1 LM2593HV的特點

LM2593HV是國家半導體公司推出的一款可降壓（突變）交換調節(jié)的單片IC。這款調節(jié)器的輸出為固定的3.3V和5V，也可以根據(jù)需要進行調節(jié)，其可調范圍為1.2～57V，并具有極好的線性和負載調節(jié)功能，可驅動2A的負載。在完全的輸入和輸出條件下，它的輸出電流的容許誤差為±4%，振蕩頻率的容許誤差為±15%.另外，LM2593HV還具有外部關斷和自保護功能，并可工作在150kHz的變換頻率下。在低功耗待命狀態(tài)下的典型備用電流僅為90μA，從而可大大降低系統(tǒng)的功耗。該芯片內部還設計有過溫關斷和兩級限流保護功能?？蓱迷诤唵胃咝У慕祲海ㄍ蛔儯┱{節(jié)、線性調節(jié)器的預調節(jié)、帖片交換及正負轉換等調節(jié)系統(tǒng)中。LM2593HV的主要特點如下：

●具有固定的3.3V、5V和可調電壓輸出；

●可調輸出電壓范圍為1.2～57V，最大容許誤差為±0.4%；

●輸出負載電流為2A；

●最大輸出電壓可達60V；

●內置150kHz的振蕩固定頻率；

●內含關斷和軟啟動開關；

●具有可調輸出錯誤標志；

●具有錯誤標志延遲功能；

●具有低功耗模式，典型值為90μA；

●效率極高；

●具熱關斷和限流保護功能。

2 LM2593HV的引腳功能

LM2593HV采用標準的7腳TO-220和TO-263表面帖兩種封裝形式，其中TO-220封裝形式還有不同的彎曲引腳可供選擇，以適應不同場合的應用需求，圖1所示是其外形封裝圖。

LM2593HV內部包含有頻率補償、固定頻率振蕩器、關斷/軟啟動、錯誤輸出標志、標志延遲、過熱保護、電流源及電壓源等電路。各引腳功能如下：

VIN（1腳）：正電源輸入端。在該腳接入合適的旁路電容可優(yōu)化其瞬變電壓，并可為芯片提供所需的交換電流。

OUTPUT（2腳）：內部開關輸出端。在VOUT/VIN的一個工作周期內，該腳上的電壓可在（+VIN-VSTART）和-0.5V之間相互切換。

ERROR FLAG（3腳）：錯誤標志輸出端。當芯片的輸出電壓超出調整范圍（至少95%的標稱值）時，其內部三極管的開路集電極輸出為低（≤0.6V）時，芯片處于關斷狀態(tài)，其賦關斷電流為90μA；該腳為高電平（≥2.0V）時，芯片處于正常工作狀態(tài)。它的典型開關閾值電壓為1.3V，內部最大箝位電壓為7V。若輸入該腳的電壓比箝位電壓高，則必須通過外部電阻進行分壓以確保它的電流不超過1mA。當輸入該腳的電壓達到1.8V，芯片的工作周期最小，而后隨著電壓的升高，工作周期也隨之增大，當達到2.8V或更高時達到最大（100%）.因此，在該腳接入一個電容可實現(xiàn)軟啟動功能，芯片的內部電源源將給該電容充電電到箝位電壓。該腳的電壓低于1.3V時，其充電電流為5μA，而在高于1.3V時將降至1.6μA，這可用較小的軟啟動電容來實現(xiàn)。

3 元器件的選擇

3.1 電感

正常啟動（非軟啟動，也非輸出短路）時，經(jīng)過電感的電流將可能因為瞬間的變化而超過芯片限制電流ICLIM，ICLIM應比負載電流ILOAD大。在過載狀態(tài)下，還有可能導致電感的飽和。通常，芯片會通過阻止電感電流超過ICLM來保護自身。但如果DC輸入電壓超過40V，芯片將無能為力，使通過電感的電流會一直升高到器件損壞。為了確保系統(tǒng)的可靠性，當DC輸入電壓超過40V時，電感的瞬時電流應設置為ICLIM而不是電感的飽和電流。

3.2 輸入電容

在地與VIN腳之間應接一個旁路電容，而且應盡量靠近芯片，引腳也應盡中能短。該電容可用來防止輸入端的大電壓瞬變，也可為開關的啟動提供瞬時電流。

3.3 輸出電容

輸出電容COUT可用來對輸出進行濾波，以提高芯片環(huán)路的穩(wěn)定性。COUT應為低阻抗、低ESR固態(tài)箔式電容，它的ESR值最少不能低于100mΩ,否則可能造成短路。但若ESR太大，鈄可能影響到系統(tǒng)效率和輸出額定電壓，因此，對ESR必須小心選擇。

3.4 箝位二極管

由于LM2593HV的開關速率很快且前向電壓降較低，因此要選用一個肖基特二極管，以便在開關斷開時為電感提供電流。該二極管的額定電壓應大于DC的輸入電壓（非輸出）。

3.5 關斷/軟啟動

在內部電流受限時，啟動時的電流抑制是非常有用的?？捎密泦犹娲鷫悍怄i或延遲啟動，而極低的輸出電壓斜波需要較大的軟啟動電容。若僅用到關斷功能，則可省掉該電容。

4 常規(guī)應用

4.1 反向調節(jié)器

圖2是帶有一個公共地的正負電壓轉換電路。LM2593HV可在FEEDBACK腳檢測到反向輸出電壓，并對其進行調整。LM2593HV的最大輸出電流取決于輸入、輸出電壓的大小。其開關峰值電流IPEAK由下式?jīng)Q定（效率為100%）：

IPEAK=ILOAD(VIN+VOUT)/VIN+[(VINVOUT) ×[(VINVOUT×10 6)/2Lf(VIN+VOUT)]

式中：L單位為μA，f單位為Hz。

通過調節(jié)器的最大電壓是輸入、輸出電壓的絕結值之和，但不能超過60V。如將20V的輸入電壓轉換成-5V的輸出電壓，則在地與輸入腳間的電壓為25V。LM2593HV允許的最大輸入電壓為60V。

圖2中的二極管D1可用來消除在小負載或無負載情況下的輸入電壓脈沖噪聲。在低輸入時，可用肖特基二極管，而在高輸入時可用1N5400。

該調節(jié)器在啟動時需較大的輸入電流，即使是在小負載時，也應與LM2593HV的電流（約4.0A）相當。因此，圖2中便用了軟啟動電路。同時給出了它的幾種關斷方式。

4.2 欠壓鎖定

在有些應用中，需要調節(jié)器在輸入電壓到預公平值時不再變化。圖3是突變式調節(jié)器的欠壓鎖定電路，圖4是其反向時的連接電路。圖3用齊納二極管Z1來設置開關啟動時的閾值電壓。當輸入小于齊納電壓時，電阻R1、R2將SD/SS腳置低，芯片開始工作。欠壓鎖定的閾值電壓比齊納電壓約高1.5V。圖4（a）給出了開和關的一個連續(xù)閾值電壓。若用磁滯電路。則圖4（b）的開電壓與關電壓將有所不同。其磁滯量近似等于輸出電壓值。由于SD/SS腳寄存有一個約7V的齊納鉗位電壓，所以，當Q1開路時，通過R2的電流約為1mA。

4.3 負電壓充電泵

有時電路也可以用一個充電泵來滿足小電流、負電壓輸出的需要，具體電路如圖5所示。這個負電壓的大小等于正確入電壓，并可提供600mA的輸出電流。然而必須保證在可調節(jié)正輸出端有最小1.2A的負載，以確保充電泵的正常工作。電阻R1用于使C1的充電電流不大于LM2593HV的限制電流。這種方法也可用于其它簡單的轉換系統(tǒng)。

5 典型應用

LM2593HV的應用十分廣泛，而且只需極少的外部元器件即可達到穩(wěn)壓的目的，操作也很方便、簡單。圖6是LM2593HV的典型應用電路圖。