LM2595 中文资料 - 图文(7)

2019-08-30 13:47

输出电容

COUT -输出电容必须过滤输出,并提供稳压环路稳定性。低阻抗或低ESR电解或固体钽电容设计的开关稳压器应用必须使用。

当选择一个输出电容器,该电容器的重要参数;在100千赫的等效串联电阻(ESR) , RMS纹波额定电流,额定电压和电容值。输出电容,在ESR值是最重要的参数。

输出电容器需要的ESR值,该值具有上限和下限。对于低输出纹波电压,需要低ESR值。这个值是由所允许的最大输出纹波电压,通常为1 %确定到输出电压的2%。但是,如果所选择的电容器的ESR极低,有一个可能性不稳定的反馈环,从而产生一个振荡输出。使用该表中列出的电容,或类似的类型,将提供各种条件下的设计方案。

如果非常低的输出纹波电压(小于15毫伏)是必需的,是指在输出电压的部 纹波和瞬变一个职位纹波过滤器。

铝电解电容器的ESR值与电容值和它的额定电压。在大多数的情况下,高电压电解电容器具有较低的ESR值(参见图27) 。通常情况下,电容与多更高的电压额定值可能会需要提供所需的低输出纹波电压,低ESR值。 输出电容为许多不同的切换器的设计往往能得到满足,只有三个或四个不同电容值和几个不同的电压等级。请参阅快速设计部分选择表表2和表4的典型电容值,额定电压,制造商和电容类型。

电解电容是不建议温度低于-25 °C。的ESR在冷急剧上升温度和典型的上升3X @ -25° C和高达10倍于-40 °C。见曲线,如图28所示。

固体钽电容器有一个更好的ESR规格为寒冷的气温和被推荐为 温度低于-25°C。

图27。电容ESR与电容的额定电压(典型的低ESR电解电容)

肖特基二极管

降压稳压器需要一个二极管,当开关关闭,以提供返回路径的电感电流。这必须是快速二极管,并使用短引线和短印刷电路走线必须靠近LM2595。 因为他们非常快的开关速度和低正向电压下降,肖特基二极管提供最佳的 性能,尤其是在低输出电压应用(5V及更低)。

超快速恢复,或高效率整流器也是一个不错的选择,但是有些在突然关机,可能会引起不稳定或EMI问题。超快速恢复二极管通常具有50 ns或更少的反向恢复时间。这种整流器为1N5400系列是过慢和不应该被使用。

图28。电容ESR变化与温度

电感的选择

所有的开关稳压器有两种基本的工作模式;连续和不连续的。所不同的两种类型之间涉及的电感电流,无论是连续流动的,或者如果它下降到零的在正常的开关周期期间的时间。

每种模式都有明显不同的经营特色,这可能会影响调节器的性能和要求。大多数开关的设计将在运行当负载电流是不连续的低模。

的LM2595(或任何简单切换器的家庭)可用于两个连续或不连续模式操作。 在许多情况下,操作的优选模式是连续模式。它提供更大的输出功率,低峰值开关,电感器和二极管的电流,并且可以具有较低的输出纹波电压。 但它确实需要更大的电感值,以保持电感电流连续流动,特别是在低输出负载电流和/或 高输入电压。

为了简化电感选择过程中,一个电感器选择指南(算图)的设计(见图22通过图25)。本指南假设稳压器工作在连续模式下运行,并选择一个电感器,这将允许一个峰 - 峰值电感纹波电流为最大设计的若干百分比负载电流。

该峰 - 峰值电感纹波电流百分比是不固定的,但允许改变为不同设计的负载电流进行选择。 (见图29。)

图29(ΔIIND)峰 - 峰值电感纹波电流(为百分比负载电流)与负载电流的

可以保持相对较低。

当在连续模式下,电感器电流波形范围为三角形,以锯齿波形(取决于输入电压) ,在该电流波形等于平均值类型直流输出负载电流。

电感器,可在不同的风格,如锅核心,环形, E型磁芯,绕线管芯等,以及不同芯材料,如铁氧体和铁粉。最便宜的,筒子,棒或棍子核心,由线缠绕在一个铁氧体线轴。这种类型的结构使得一个廉价的电感,但自磁通量没有被完全内芯体,它会产生更多的电磁干扰(EML) 。 该磁通可诱发电压到附近的印刷电路走线,从而导致问题的两个开关稳压器的操作和附近敏感的电路,并且可以放弃,因为不正确的读数范围感应电压在示波器探头。也看到在打开芯电感部分。

当多个开关稳压器都位于同一台PC板,开核的磁性能引起两个调节器电路的一个或多个,特别是在高电流之间的干扰。一个环形或E型磁芯电感器(闭磁路结构)应在这些情况下使用。

在选型表中列出的电感器包括铁氧体E型磁芯建设肖特,铁氧体梭芯伦科和COILCRAFT ,和铁粉环形脉冲工程。

超过一个电感器的最大电流额定值可能导致电感由于铜线的过热损失,或核心可能饱和。如果电感开始饱和,电感迅速减小,电感开始主要是看电阻(绕组的直流电阻) 。这会造成开关的电流上升非常迅速,开关强行进入逐周期电流限制,从而降低了DC输出负载电流。

这也可能导致电感器和/或LM2595的过热。不同的电感类型有不同的饱和特性,而这应该是选择电感时牢记。

电感器制造商的数据表,包括电流和能量限制,以避免电感饱和。

不连续模式操作

选择指南选择适合连续工作模式的电感值,但对于低电流应用和/或高输入电压,不连续模式的设计可能是一个更好的选择。它会使用 电感器,其将物理上更小,并且将只需要一个半到三分之一所需要的电感值 对连续模式设计。

峰值开关和电感电流将在一个不连续的设计更高, 但在这些低的负载电流(400 mA以下),最大开关电流仍将小于开关 电流限制。

不连续的操作可以有电压波形是不是连续的设计相当的不同。

输出引脚(开关)波形可以有一定的阻尼正弦振荡存在。 (见典型性能特性照片标题为间断模式切换波形)这铃声是正常的不连续操作,而不是由反馈回路不稳定性引起的。在连续操作,有一段时间其中既没有开关或二极管被导通,电感器电流下降到零。

在这时,少量的能量可以在电感器和开关/二极管的寄生电容之间循环造成这一特点的铃声。通常这铃声是不是一个问题,除非幅度变大足以超过输入电压,即使在那时,有非常少的能量存在造成损害。

不同类型的电感器和/或核心材料产生不同量的这种特性振铃。铁氧体磁芯电感器具有非常小的磁芯损耗,并因此产生最振铃。铁粉的高铁损电感器产生较少的铃声。如果需要的话,一个串联RC可以被放置在与电感器并联以抑制振铃。计算机辅助设计软件切换器制造简单(版本4.3)将提供所有组件值进行操作的连续和不连续模式。

图30。发表纹波波形过滤器

输出电压纹波和瞬变

在连续模式中操作的一个开关电源的输出电压将包含一个锯齿纹波电压在切换频率,并且还可能包含短电压尖峰在锯齿的峰波形。

输出纹波电压是电感锯齿纹波电流的输出和ESR的函数电容。一个典型的输出纹波电压的范围可以从约0.5%到输出电压的3%。至获得低纹波电压,输出电容的ESR要低,然而,必须谨慎时用极低的ESR电容,因为它们会影响环路的稳定性,从而导致振荡问题。如果非常低的输出纹波电压是必要的(小于20毫伏),后纹波过滤器建议。 (见图21)。

所需的电感量通常为1μH和5μH之间,具有低直流电阻,以保持良好的负载 调节。低ESR输出滤波电容也需要保证良好的动态负载响应和纹波减少。此电容器的ESR可以低随意的,因为它是出了调节器的反馈回路的。 在图30所示的照片显示了一个典型的输出纹波电压,有和没有一个后纹波过滤器。

当观察输出纹波与一个范围,它是必不可少的一个短,低电感示波器探头接地结合使用。大多数示波器探头制造商提供其焊接到一个特殊的探头终止调节板,最好在输出电容。

这提供了非常短的范围地面从而消除与通常设置有所述探针的3英寸地线相关联的问题,并提供了一个更纹波电压波形更清洁,更准确的描述。 电压尖峰是由输出开关和二极管的快速切换动作引起的,该寄生电感输出滤波电容器,以及其相关联的布线。为了减少这些电压尖峰,输出电容器应设计为开关稳压器应用,和引线长度必须保持非常短。

布线电感,杂散电容,以及用于评估这些瞬变示波器探头,都有助于到这些峰值的幅度。

当开关调节器工作在连续模式下,电感器电流的波形从一个范围三角到波形(取决于输入电压)的锯齿型。对于一个给定的输入和输出电压,这个电感器电流波形的峰 - 峰振幅保持恒定。随着负载电流的增加或减小,整个锯齿波电流波形也上升和下降。这个平均值(或中心)电流波形是等于DC负载电流。 如果负载电流下降到足够低的水平,锯齿电流波形的底部将达到零,并切换将平滑地改变从连续到不连续的操作模式。最切换器设计(irregardless多大的电感值)将被强制执行,如果不连续的输出是轻加载。这是操作的一个完全可以接受的模式。

图31。峰 - 峰值电感纹波电流与负载电流

在一个开关稳压器设计,知道峰 - 峰值电感纹波电流( ΔIIND )的值可以是用于确定许多其它电路参数是有用的。例如,峰值电感或峰值开关参数当前,最小负载电流之前的电路变得不连续,输出纹波电压和输出电容的ESR都可以从峰到峰ΔIIND计算。当在所示的电感器共线图

图22至图25是用来选择一个电感值,峰 - 峰值电感纹波电流可立即确定。在图31中所示的曲线示出了( ΔIIND )的,可预期的范围不同的负载电流。该曲线也显示了峰 - 峰值电感纹波电流( ΔIIND )变动你从下部边界的电感区域内去上边界(对于给定的负载电流)。该上部边界表示一个更高的输入电压,而下边界代表低级输入电压(见电感的选择指南) 。


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