基于LM5575和LM25575的1.5A降壓穩(wěn)壓器快速設(shè)計(jì)指南

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，降壓穩(wěn)壓器是一種常見且重要的電路模塊，它能將較高的輸入電壓轉(zhuǎn)換為較低的穩(wěn)定輸出電壓，為各種電子設(shè)備提供合適的電源。本文將詳細(xì)介紹如何使用德州儀器（TI）的LM5575和LM25575開關(guān)穩(wěn)壓器來設(shè)計(jì)一個(gè)1.5A的降壓穩(wěn)壓器。

文件下載：LM25575BLDT/NOPB.pdf

一、LM5575和LM25575簡介

LM5575和LM25575開關(guān)穩(wěn)壓器具備實(shí)現(xiàn)高效高壓降壓穩(wěn)壓器所需的全部功能，并且僅需最少的外部組件。這兩款穩(wěn)壓器分別提供42V（LM25575）和75V（LM5575）的N溝道降壓開關(guān)，輸出電流能力可達(dá)1.5A。其工作頻率可在50kHz至1MHz之間進(jìn)行編程，還具備電流限制、熱關(guān)斷和遠(yuǎn)程關(guān)斷等保護(hù)功能。此外，該器件采用了具有散熱焊盤的TSSOP - 16封裝，有助于散熱。

二、設(shè)計(jì)步驟

1. 列出基本要求

首先要明確輸出電流、輸出電壓、輸入電壓的最小值和最大值等基本參數(shù)。輸出電流范圍為0至1.5A，輸出電壓設(shè)為V [1]，輸入電壓最小值設(shè)為V [2]，最大值設(shè)為V [3]。

2. 選擇合適的穩(wěn)壓器

根據(jù)輸入電壓最大值來選擇合適的穩(wěn)壓器。如果輸入電壓最大值 [3] 小于42V，則選擇LM25575；如果輸入電壓最大值 [3] 大于42V但小于75V，則選擇LM5575。同時(shí)，兩款器件都要求輸入電壓最小值 [2] 大于6V。

3. 選擇工作頻率

工作頻率的選擇需要在轉(zhuǎn)換效率和解決方案尺寸之間進(jìn)行權(quán)衡。在較高的輸入電壓下，選擇較高的工作頻率會(huì)嚴(yán)重影響效率并產(chǎn)生大量熱量，并且在某些應(yīng)用中，高工作頻率可能會(huì)限制輸入電壓范圍。對(duì)于使用LM5575的應(yīng)用，建議的最大工作頻率為500kHz；而使用LM25575時(shí)，工作頻率最高可設(shè)置為1MHz。選擇一個(gè)50kHz至1MHz（LM5575為500kHz）的目標(biāo)工作頻率，并通過以下公式檢查所選工作頻率是否受輸入電壓最小值和最大值的限制： [F{sw(max)}=frac{V{in(min)}[2]-(V{out}[1]+0.6)}{V{in(min)}[2] × 5.5 × 10^{-7}}] [F{sw(max)}=frac{(V{out}[1]+0.8)}{V{in(max)}[3] × 8 × 10^{-8}}] 如果所選工作頻率大于上述計(jì)算出的(F{sw(max)})，則需要降低工作頻率。

4. 計(jì)算Rt的值

根據(jù)所選的工作頻率，通過以下公式計(jì)算Rt的值： [Rt=frac{frac{1}{ F{sw}[5]}-580 × 10^{-9}}{135 × 10^{-12}}]

5. 計(jì)算L1的值

通過以下公式計(jì)算L1的值，并選擇最接近的標(biāo)準(zhǔn)電感值。在過載情況下，電感的峰值電流標(biāo)稱值限制為2.1A（最大值為2.5A），因此所選電感的額定峰值電流至少應(yīng)為2.5A。 [L1=frac{V{out}[1] times(V{in(max)}[3]-V{out}[1])}{0.4 × F{sw}[6] × V{in(max)}[3]}]

6. 計(jì)算(C_{RAMP})的值

根據(jù)L1的值計(jì)算(C{RAMP})的值： [C{RAMP}=L_1[7] × 10^{-5}]

7. 設(shè)置Rfb2的值

如果輸出電壓 [1] 小于或等于5V，則將Rfb2設(shè)置為5kΩ；如果輸出電壓 [1] 大于5V，則將Rfb2設(shè)置為10kΩ。然后通過以下公式計(jì)算Rfb1的值： [R{fb1}=frac{1.225 × R{fb2}[9] }{( V_{out} [1] -1.225)}]

8. 選擇續(xù)流二極管D1

所有應(yīng)用都需要使用肖特基二極管，不建議使用超快二極管，因?yàn)槠浞聪蚧謴?fù)電流瞬變可能會(huì)損壞IC。二極管的反向擊穿額定值應(yīng)大于輸入電壓最大值 [3]，并留有一定的安全余量。在短路負(fù)載情況下，二極管幾乎會(huì)持續(xù)承載輸出電流，最大電流可達(dá)2.5A。假設(shè)二極管兩端的壓降為0.6V，最大二極管功耗可達(dá)1.5W，建議使用SMC或SMB封裝。

9. 選擇輸入電容Cin

優(yōu)質(zhì)的輸入電容對(duì)于限制VIN引腳的紋波電壓非常重要，同時(shí)在開關(guān)導(dǎo)通期間為開關(guān)提供大部分電流。輸入電容的最小RMS紋波電流額定值為0.75A，建議使用低ESR的陶瓷電容，其電壓額定值應(yīng)大于輸入電壓最大值 [3]，并留有一定的安全余量?？筛鶕?jù)以下公式選擇輸入電容的值： [C{in}=frac{0.7}{ F{sw}[5]}]

10. 選擇輸出電容Cout

輸出電容用于平滑電感紋波電流，并為瞬態(tài)負(fù)載提供電荷。對(duì)于輸出電容，可先選擇一個(gè)10μF至100μF的陶瓷電容。對(duì)于有大負(fù)載瞬變的應(yīng)用，可并聯(lián)一個(gè)22μF至220μF的低ESR有機(jī)或鉭電容。陶瓷電容具有超低ESR，可降低輸出紋波電壓和噪聲尖峰，而大容量電容則為瞬態(tài)負(fù)載提供電荷。輸出電容的電壓額定值應(yīng)大于輸出電壓 [1]，并留有一定的安全余量。輸出紋波電壓的近似計(jì)算公式為： [V{out} =0.4 timesleft(ESR+frac{1}{8 × F{sw}[5] × C_{out}}right)]

11. 計(jì)算Rcomp和Ccomp的值

Ccomp和Rcomp用于配置誤差放大器的增益特性，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的整體環(huán)路增益。電流模式控制的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是僅需兩個(gè)反饋組件即可閉合環(huán)路。通過以下公式計(jì)算Rcomp和Ccomp的值： [R{comp} =1.2 × 10^{5} × R{tb1}[9] × C{out}[13]+left(frac{ R{fb1}[9]}{ V{out}[1]}right)] [C{comp} =frac{1}{8 × 10^{3} × R_{comp}[14]}]

12. 完成物料清單

最后，將上述計(jì)算得到的各個(gè)組件的值填入物料清單中，至此，設(shè)計(jì)完成。

三、總結(jié)

通過以上步驟，我們可以快速完成基于LM5575和LM25575的1.5A降壓穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，還需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和電路特性進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和優(yōu)化。你在設(shè)計(jì)過程中是否遇到過類似的挑戰(zhàn)呢？你又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。

此外，德州儀器在其官方網(wǎng)站（www.ti.com）上提供了基于本指南的Excel電子表格，方便大家進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。同時(shí)，器件的數(shù)據(jù)手冊中還提供了更詳細(xì)的操作原理、設(shè)計(jì)權(quán)衡和額外的應(yīng)用指導(dǎo)信息，大家可以進(jìn)一步參考。