LM2576 é um regulador clássico de comutação de reduçãoIntroduzido pela Texas Instruments (TI). Desde o seu lançamento, ele ocupou uma posição importante no campo da conversão de energia DC. Com sua tecnologia madura, desempenho estável e aplicabilidade ampla, tornou-se um produto de referência em cenários de redução de média e baixa potência. Seus cenários de aplicação cobrem vários campos, como controle industrial, eletrônicos automotivos, eletrônicos de consumo e dispositivos movidos a bateria. Através deste artigo, os engenheiros e os entusiastas da eletrônica podem compreender de maneira rápida e abrangente o conhecimento relevante do LM2576, fornecendo orientação clara e prática para o trabalho de design de fornecimento de energia.
REGULADOR DE TOLATAGEM DE ADIPAÇÃO LM2576 Visão geral
O LM2576 é um regulador clássico de tensão de redução baseado em indutorLançado pela Texas Instruments. Projetado especificamente para cenários de médio e baixa potência, possui uma corrente de saída máxima de 1a e é amplamente utilizada em controle industrial, eletrônica automotiva e outros campos. Operando em uma frequência de comutação de 52kHz, atinge uma eficiência de conversão de 75%a 88%, com vantagens significativas de eficiência energética. O chip integra funções de proteção e desligamento térmico de sobrecorrente para melhorar a confiabilidade do sistema. Seu circuito periférico é simples, exigindo apenas um indutor, capacitor e diodo para operar, resultando em um baixo limite de projeto. Pacotes como TO-220 facilitam a dissipação de calor e se adaptam a vários requisitos de instalação, tornando-a uma escolha ideal que equilibra o desempenho e a facilidade de uso.
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Regulador de tensão reduzido LM2576 pinutas
Tomando o pacote TO-220 comumente usado (Modelo LM2576T) como exemplo, as funções de seus pinos são mostradas na tabela abaixo:
| Número do pino | Nome do pino | Descrição da função |
|---|---|---|
| 1 | Vin | Pino de tensão de entrada, conectado à tensão de entrada CC não regulamentada, que deve estar dentro da faixa especificada do chip |
| 2 | Vout | Pino de tensão de saída, fornecendo uma tensão de saída CC estável |
| 3 | Gnd | Pino de terra, fornecendo um terreno de referência para o chip |
| 4 | Opinião | Pino de feedback, usado para detectar a tensão de saída e realizar a regulação do circuito fechado da tensão de saída. Para modelos de saída fixa, este pino possui uma rede de divisor de tensão interna; Para modelos de saída ajustável, é necessária uma rede de divisor de resistor externo |
| 5 | ON/OFF | Pino de controle da chave, que controla o status On/Off do chip através de um sinal externo. Quando este pino é conectado a um nível baixo, o chip é desligado; Quando conectado a um nível alto, o chip funciona normalmente (alguns modelos podem ter a lógica oposta, portanto, consulte a folha de dados específica) |
Características do PIN e considerações de design
Pino vin: A tensão de entrada deve estar dentro do intervalo especificado (geralmente 7V-40V); Caso contrário, pode causar danos ao chip ou operação anormal. No design, um capacitor de filtro apropriado deve ser adicionado na extremidade de entrada para reduzir a ondulação e o ruído na tensão de entrada.
Pino vot: A precisão da tensão de saída está relacionada à carga. Ao projetar o circuito de saída, componentes como indutores e capacitores devem ser selecionados razoavelmente para garantir que a estabilidade e a ondulação da tensão de saída atendam aos requisitos.
Pino de feedback: Este pino é muito sensível ao ruído. Durante a fiação, seu comprimento deve ser minimizado e deve evitar cruzar com a fiação da caminho de potência para impedir que a interferência de ruído afete a estabilidade da tensão de saída. Para modelos de saída ajustável, os resistores externos devem ser resistores de alta precisão (como tolerância a 1%) para garantir a precisão da tensão de saída.
Pino ligado/desligado: Se o controle remoto do estado do comutador do chip não for necessário, este pino poderá ser conectado diretamente a um nível alto (para modelos de alto nível ativado) ou flutuando esquerdo (de acordo com os requisitos do modelo específico).
Diagrama de blocos funcionais LM2576
A estrutura interna deO LM2576 principalmenteconsiste nos seguintes módulos principais:
Referência de tensão: Fornece uma tensão de referência estável, servindo como referência de entrada para o amplificador de erro.
Amplificador de erro: Compara a tensão de feedback com a tensão de referência, amplifica o sinal de erro entre eles e o usa para controlar o estado ligado/desligado da chave de energia.
Oscilador: Gera um sinal de relógio de frequência fixa (52kHz) para controlar o ritmo de comutação de todo o circuito.
Interruptor de energia: Normalmente, um MOSFET, que é ligado ou desligado sob o controle do sinal do relógio e o sinal de saída do amplificador de erro, permitindo a transferência e a conversão de energia.
- Circuito de proteção: Inclui proteção de proteção de sobrecorrente e circuitos de desligamento térmico para proteger o chip em condições anormais.
Seu processo de trabalho é o seguinte: após a amostra de tensão de entrada, é obtida uma tensão de feedback. Essa tensão de feedback é comparada com a tensão de referência no amplificador de erro para gerar um sinal de erro. O sinal de erro é combinado com o sinal do relógio gerado pelo oscilador para controlar o interruptor liga/desliga. Quando o interruptor de energia é ativado, a tensão de entrada fornece energia ao indutor e carrega através do interruptor, e o indutor armazena energia. Quando o interruptor de energia é desligado, o indutor libera a energia armazenada através do diodo de roda livre, continuando a fornecer energia à carga. Através desse processo de regulação de circuito fechado, a tensão de saída permanece estável.
Recursos LM2576
Alta eficiência:Com uma frequência de comutação de 52kHz, a eficiência da conversão pode atingir 75% -88% em diferentes condições de carga. Maior eficiência significa menor consumo de energia do próprio chip, reduzindo assim os requisitos de dissipação de calor, tornando -o adequado para aplicações com espaço limitado de dissipação de calor.
Amplo intervalo de entrada:A faixa de tensão de entrada CC é tipicamente 7V-40V, e alguns modelos (como LM2576HVT) podem suportar até 60V. Isso permite a adaptação a vários cenários de entrada de energia, aprimorando a versatilidade do chip.
Flexibilidade da saída:Várias versões de tensão de saída estão disponíveis, incluindo saídas fixas (3.3V, 5V, 12V, 15V) e saídas ajustáveis (1,23V-37V). Os modelos de saída fixa podem ser usados diretamente sem ajustes adicionais; Os modelos de saída ajustável permitem a configuração flexível da tensão de saída através de uma rede de resistores externos, atendendo às necessidades de diferentes dispositivos.
Mecanismos de proteção:Funções de proteção de sobrecorrente interno e desligamento térmico. Quando a corrente de saída excede o limite especificado, o circuito de proteção de sobrecorrente é ativado para limitar a corrente de saída, evitando danos ao chip devido à sobrecorrente. Quando a temperatura da junção do chip excede a temperatura definida (geralmente 125 ℃), a função de desligamento térmico interrompe a operação do chip e retoma automaticamente após a temperatura diminuir, protegendo o chip do dano de superaquecimento.
Outros recursos:Possui baixas características atuais de espera. Quando o chip é desligado ou sob carga leve, o consumo de energia é baixo, o que ajuda a prolongar a duração da bateria dos dispositivos movidos a bateria. Além disso, alguns modelos têm capacidade de sincronização externa, permitindo que a frequência de comutação seja sincronizada com um sinal de relógio externo, reduzindo a interferência entre diferentes circuitos.
Aplicações LM2576
O LM2576, uma etapa popular - troca de regulamentoR da Texas Instruments, encontra diversas aplicações em vários setores devido ao seu desempenho confiável e recursos flexíveis.
1. Controle industrial
Poder de sensor e atuador: Em sistemas de automação industrial, numerosos sensores como temperatura, pressão e sensores de posição requerem fontes de alimentação de baixa e baixa tensão. O LM2576 pode converter o barramento de energia industrial de 24V comumente usado em 5V estável ou 3,3V para esses sensores. Da mesma forma, atuadores de pequena escala, como válvulas solenóides, podem ser alimentadas pela saída regulada do LM2576.
Poder de microcontrolador: As unidades de controle industrial geralmente empregam microcontroladores para gerenciar e coordenar várias operações. O LM2576 fornece uma fonte de energia estável, garantindo que o microcontrolador opere sem falhas causadas por flutuações de tensão.
2. Eletrônica automotiva
Sistemas de infotainment de carro: Dispositivos como rádios de carro, sistemas de navegação GPS e telas de tela sensível ao toque precisam de uma fonte de alimentação estável. O LM2576 pode converter a tensão da bateria de 12V ou 24V para os níveis de tensão baixa e de baixa tensão (por exemplo, 5V ou 3,3V) para alimentar esses componentes. Também pode suportar os transientes elétricos e picos de tensão que ocorrem durante o início do motor e outras operações do veículo.
Eletrônica de painel: Displays de cluster de instrumentos, que incluem speedômetros, medidores de combustível e luzes indicadoras de alerta, confiam na potência estável.O LM2576Garante a operação consistente dos eletrônicos por trás desses monitores, fornecendo informações precisas e confiáveis ao motorista.
3. Eletrônica de consumo
Dispositivos de roteador e rede: Roteadores, interruptores e pontos de acesso sem fio requerem energia estável para manter a conectividade da rede. O LM2576 pode converter a tensão de entrada do adaptador de energia (geralmente 9V - 12V) para o 5V ou 3,3V necessário para o circuito interno, incluindo microprocessadores, chips de memória e componentes da interface de rede.
Conjunto - Caixas principais: Esses dispositivos são usados para receber e decodificar sinais de televisão. O LM2576 fornece a energia necessária para diferentes seções da caixa superior - como os circuitos do sintonizador, decodificador e saída HDMI, garantindo a reprodução suave de vídeo e áudio.
4. Dispositivos alimentados por bateria
Dispositivos médicos portáteis: Dispositivos como medidores de glicose, monitores portáteis de eletrocardiograma (ECG) e os oxímetros de pulso de mão geralmente são executados em baterias. O LM2576 pode converter a tensão da bateria (por exemplo, 7,4V de uma bateria de íons de lítio) em um 5V estável ou 3,3V, estendendo a vida útil da bateria com sua eficiência relativamente alta e alimentando os sensores, microcontroladores e unidades de exibição do dispositivo.
Nós de sensores sem fio: Em aplicativos da Internet das Coisas (IoT), os nós do sensor sem fio implantados em vários ambientes são alimentados por baterias. O LM2576 pode diminuir a tensão da bateria para um nível apropriado para os componentes de rádio, microcontrolador e sensor do nó, permitindo a operação de longo prazo sem substituição frequente da bateria.
Diagrama de aplicação típico de tensão de saída fixo
Este é um diagrama de aplicação típico deO LM2576Versão de tensão de saída fixa. São necessários 7V - 40V (60V para HV) entrada CC não regulamentada. Os componentes -chave incluem capacitor de entrada CIN (100μF), indutor L1 (100μH), diodo de roda livre D1 (1N5822) e capacitor de saída Cout (1000μF), fornecendo +saída regulada por 5V para carga 3A.
Fonte de alimentação 3-A ajustável de 1,2 V a 55 V com baixa saída de saída
Este é um circuito de fonte de alimentação 3A ajustável de 1,2 - 55V usando LM2576HV - adj. São necessários 55V de entrada CC não regulamentada, com componentes como CIN (100μF), L1 (150μH), D1 (1N5822), Cout (2000μF) e R1/R2 para ajuste de tensão. Um filtro de ondulação opcional (indutor de 20μh + 100μF) reduz a ondulação da saída.
Inverter Buck-boost desenvolve -12 V
Este é um circuito inversor de buck -boost usando LM2576HV - adj. Leva +12 a +45V de entrada CC não regulamentada. Componentes como CIN (100μF), L1 (68μH), D1 (1N5822) e Cout (2200μF) trabalham com o chip para gerar uma saída regulada - 12V a 0,7a, permitindo a inversão e regulação da tensão.
Como usarLM2576?
1. Análise de requisitos
Primeiro, determine a faixa de tensão de entrada, o valor da tensão de saída e a corrente máxima de carga. Por exemplo, se a tensão de entrada varia de 7V a 40V e você precisar de uma saída 5V estável com uma corrente de carga máxima de 1A, selecione o modelo LM2576 apropriado. Modelos de saída corrigidos como LM2576T - 5.0 podem ser escolhidos para aplicações simples; Para necessidades de saída ajustáveis, a versão ajustável é mais adequada.
2. Seleção de componentes
Indutor: Com base nas tensões de entrada e saída e na frequência de comutação de 52kHz, calcule o valor de indutância necessário. Geralmente, um indutor de 33μh é uma opção comum, mas garante que sua corrente de saturação exceda a corrente máxima de saída e tenha uma baixa resistência à CC.
Capacitores: Selecione os capacitores de entrada e saída de acordo com os requisitos do Ripple. O capacitor de entrada C1 geralmente combina um capacitor eletrolítico de 10μF e um capacitor de cerâmica de 0,1μF para filtrar o ruído de entrada. O capacitor de saída C2 usa um capacitor eletrolítico de 100μF e um capacitor de cerâmica de 0,1μF para reduzir a ondulação da saída.
Diodo de roda grátis: Escolha um diodo adequado como 1N5822. Sua tensão reversa - de decomposição deve ser maior que a tensão máxima de entrada, e a classificação de corrente avançada deve atender à demanda de corrente de saída.
3. Projeto de circuito e layout de PCB
Desenhe um esquema de circuito detalhado de acordo com o circuito de aplicação típico. Ao colocar o PCB, separe o caminho de energia do caminho do sinal. O caminho de potência deve ser curto e espesso para reduzir a resistência e a indutância. Use aterramento único de ponto ou um plano de aterramento para aterramento confiável. Para - 220 pacotes, reserve espaço suficiente para dissipadores de calor em aplicações de alta energia.
4. Depuração e teste
Depois de fazer o protótipo, teste a tensão de saída, a ondulação e a eficiência. Se a tensão de saída for instável ou a ondulação for muito grande, verifique as conexões dos componentes, os valores dos componentes e o layout da PCB para obter possíveis interferências ou seleções incorretas e faça ajustes oportunos.
Solucionar problemas comuns
Ripple de saída excessiva: Isso pode ser causado pela capacidade insuficiente do capacitor de saída, tipo de capacitor inadequado ou fiação 不合理. Tente aumentar a capacidade do capacitor de saída, usando capacitores com baixa resistência à série equivalente (ESR) ou otimizando a fiação para reduzir o comprimento dos caminhos de potência e os caminhos de sinal.
Tensão instável: Isso pode resultar da interferência no circuito de feedback, seleção inadequada de indutores ou capacitores ou flutuação excessiva da tensão de entrada. Verifique se a fiação do pino de feedback é razoável, substitua por indutores e capacitores adequados ou adicione um circuito de filtro na extremidade de entrada para estabilizar a tensão de entrada.
Baixa eficiência: Isso pode ser causado por queda excessiva de tensão para a frente do diodo de roda livre, resistência excessiva em DC do indutor ou em resistência excessiva do transistor de comutação. Use diodos schottky com queda de tensão baixa baixa, indutores com baixa resistência ao CC ou verifique se o chip está operando na frequência de comutação normal.
Equivalentes para LM2576
LM1117
Modo de regulamentação de tipo e tensão: regulador linear de baixo desvio (LDO). Ele estabiliza a tensão de saída ajustando a queda de tensão dos transistores internos. Comparado com os reguladores de comutação, ele possui menor ondulação de tensão de saída.
Tensão de saída: disponível em várias versões de tensão de saída fixa, como 1.8V, 2.5V, 3,3V, etc. Há também uma versão ajustável, que pode definir a tensão de saída através de resistores externos, com a faixa de tensão de saída geralmente em torno de 1,25V - 5V.
Corrente de saída: A corrente de saída típica é de 800mA e algumas versões aprimoradas podem atingir 1a. É adequado para circuitos sensíveis ao ruído de potência e com corrente de carga pequena, como sistemas de microcontrolador e circuitos de áudio.
Característica da tensão de abandono: a tensão de abandono é baixa, geralmente em torno de 1,2V sob carga total. Sua eficiência é maior que a dos reguladores lineares comuns, mas menor que a dos reguladores de comutação.
CS51411
Modo de regulação de tipo e tensão: pertence aos reguladores de comutação, geralmente usando PWM (modulação da largura de pulso) para ajustar a tensão de saída, que pode obter alta eficiência de conversão.
Tensão de saída: A faixa ajustável de tensão de saída é ampla, que pode atender a vários requisitos de tensão e se adaptar a cenários de design de fonte de alimentação mais complexos.
Corrente de saída: possui forte capacidade de corrente de saída e pode fornecer grande capacidade de acionamento de carga, adequada para circuitos com altos requisitos de energia.
Outras características: geralmente integradas a múltiplas funções de proteção, como proteção contra sobrecorrente, proteção de sobretensão e proteção contra a temperatura. Também pode ter uma capacidade de resposta transitória rápida para lidar com mudanças rápidas na carga.
LM723
Modo de regulação de tipo e tensão: é um regulador de tensão linear de uso geral, que pode ser usado como um regulador de tensão positivo ou um regulador de tensão negativo através da configuração apropriada do circuito externo. Estabiliza a tensão de saída por meio de amplificação de erros e controle de feedback.
Tensão de saída: A faixa de ajuste da tensão de saída é ampla, de 2V a 37V, e a tensão de saída pode ser definida com flexibilidade através de uma rede de resistor externo.
Corrente de saída: sua própria capacidade de corrente de saída é limitada, geralmente em torno de dezenas de miliamperes, mas pode expandir a corrente de saída conectando transistores de energia externos para acionar cargas maiores.
Cenários de aplicação: devido à sua flexibilidade, é frequentemente usado em fontes de alimentação de laboratório, equipamentos de controle industrial e outras ocasiões que possuem certos requisitos para precisão da regulação da tensão e não possuem corrente de carga particularmente grande.
LM7912
Modo de regulação de tipo e tensão: regulador de tensão negativa fixa de três terminais. Ele pode converter a tensão CC de entrada em uma tensão de saída de -12V estável e manter a tensão de saída estável através do ajuste de circuitos internos.
Tensão de saída: saída fixa de -12V, não ajustável.
Corrente de saída: A corrente máxima de saída é geralmente 1A, que pode atender a alguns circuitos que precisam de fonte de alimentação negativa e têm demanda atual dentro desse intervalo, como a fonte de alimentação negativa dos amplificadores operacionais.
Cenários de aplicação: frequentemente usados em dispositivos eletrônicos que precisam de fonte de alimentação estável -12V, como circuitos de amplificador de energia de áudio, para fornecer fonte de alimentação negativa para chips relacionados.
LM2576Informações sobre o pacote
O LM2576 está disponível em vários tipos de pacotes principais:
Pacote TO-220 (LM2576T): Este é um pacote comumente usado com bom desempenho de dissipação de calor, adequado para resfriamento por meio de um dissipador de calor. Seu layout de pinos é claro, facilitando a solda e a instalação manuais.
Pacote to-263: Um pacote de montagem na superfície, ideal para produção automatizada. Ele ocupa menos espaço para PCB, mas possui desempenho de dissipação de calor ligeiramente inferior em comparação com o pacote TO-220.
Pacotes diferentes têm parâmetros de resistência térmica variados. A resistência térmica da junção para ambiental do pacote TO-220 é tipicamente em torno de 60 ° C/W (sem dissipador de calor), o que pode ser significativamente reduzido adicionando um dissipador de calor. Ao projetar uma solução térmica, o tamanho e o tipo de suspensão de calor apropriados devem ser selecionados com base no consumo de energia do chip e na temperatura ambiente para garantir que a temperatura da junção do chip permaneça dentro da faixa especificada.
LM2576 folha de dados
Conclusão
Para concluir,O LM2576é uma solução atemporal e confiável no domínio da regulação da tensão reduzida, eficiência de equilíbrio, versatilidade e facilidade de design. Sua ampla faixa de entrada, opções flexíveis de saída e mecanismos de proteção robustos o tornam um item básico em diversas aplicações - do controle industrial a eletrônicos automotivos e de consumo.
Se você é um engenheiro que projeta um módulo de energia compacto ou um prototipando um entusiasta de um dispositivo movido a bateria, entendendo seus recursos, princípios de funcionamento e design de design desbloqueia todo o seu potencial. Embora os reguladores mais recentes possam oferecer frequências mais altas ou pegadas menores, o LM2576 continua sendo uma escolha preferida por seu desempenho e acessibilidade comprovados.
Ao alavancar as idéias deste guia - da seleção de componentes ao layout da PCB - você pode aproveitar seus recursos para criar sistemas de energia estáveis e eficientes. À medida que a tecnologia evolui, o legado do LM2576 se resume, uma prova de seu valor duradouro no gerenciamento de energia.
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