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基于LM2576的降压电源分析与设计
设计要求:
设计一个基于LM2576降压开关电源,输入15~24V,输出5V/2.5A。要求提供完整的理论
设计报告和测试表格;要求尽量降低输出纹波,减小体积,提高性价比;要求合理的布局布
线,并提供说明;要求提供合适的测试接口,以方便测试;要求5V/0.5A时LM2576工作在
断续模式。
一、总体方案设计
本次设计采用LM2576-ADJ芯片进行设计。根据LM2576芯片数据手册确定此次涉及电路结
构。设计电路图如图1-1所示。
LM2576芯片有固定电压和可调电压两种,所谓固定电压,其实就是芯片内部把反馈端的两
个分压电阻集成在里面了,所谓可调电压,就是芯片的使用者可以通过配置反馈引脚外部的
两个分压电阻来设置输出电压。顺便提一下,有时候会看到LM2576有个后缀HV,它的意
思是该芯片是高压版本,能够耐受的电压比不带后缀的要高。
图1-1
二、理论分析和计算
1、输入电容的选择
根据芯片数据手册的推荐,采用100uF的铝电解电容作为输入电容,因为考虑到安全性,耐
压值取输入电压的1.5倍,所以电容耐压值选用50V的。
2、二极管的选择
选择肖特基二极管,保留20%裕量,电流至少是最大负载电流的1.2倍,所以承受电流应为
2.5*1.2=3A;承受电压至少是最大输入电压的1.25倍,所以承受电压至少为1.25*24=30V。
这里说明一下,为什么我们不选择常见的1N4007等二极管。主要是两个原因:
1)肖特基的导通压降比较小。
2LM257652KHz1N4007
)的开关频率是固定值,这个频率对于来说太高了,可能会出现
关断不及时的问题,而肖特基由导通转化为截止时非常迅速,可以胜任开关频率下的工作。
综合考虑选择贴片二极管SS34,3A电流40V耐压,对应的直插二极管时1N5822。(SS14
对应1N5819,1A电流40V耐压)
3、电感的推导
电感是开关电源中的核心器件,没有电感就没有开关电源。当你学会电感的推导,是一个很
大的进步。我们使用电路分析的知识,完全可以一步一步来推到电感的计算。接下来建议拿
出纸和笔,写写画画,对理解更加有帮助。
我们将芯片内部的控制环省去,抽象出来这么一个电路:
其中Q1是芯片的PWM波控制的开关管,在一个开关周期T时间内,PWM波高电平Q1导
通,低电平截止。
这里我们想象MOS管Q1为开关S就好,推导时忽略二极管的导通压降。
S闭合时,二极管截止,电流流经L1,Co后回到负极,此时有:
S断开时,电感电流不突变,电流在L1,Co,D1之间顺时针流动,此时有:
记S闭合的时间为DT,断开的时间为(1-D)T,在一个周期T内,电感的平均电流为零:
则:
这就是BUCK电路的电压传递公式由来。即理想情况下,输出电压等于输入电压与占空
比的乘积。
50%BUCK
从这个公式可以看出,在理论上,占空比为的时候,电路的输出电压正好为输入
的一半。实际调试板子的时候会发现,当占空比为50%,输出电压其实不到输入电压的一半,
这是由于各种损耗所导致的。
外部元器件的参数计算:
电感VAR:
充能时电感电流增加的斜率:
VL两端电压就是Vin-Vout
放能时电感电流减小的斜率:
观察电感储能时的电流曲线:
我们可以得到:
(式子左边为电感电流峰峰值)
充电时所需的电感值:
再看电感放能时的电流曲线:
根据上文推导的BUCK电路电压公式,
根据充电或放电的电流变化曲线,可以得到相同的电感值:
这里输入输出电压,开关频率均已知,剩下一个纹波电流
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