LM2588 带有关断的SIMPLE SWITCHER® 5A 回扫式稳压器

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1 LM2588 LM2588 SIMPLE SWITCHER 5A Flyback Regulator with Shutdown Literature Number: ZHCS518

2 LM2588 带有 断的 SIMPLE SWITCHER 5A 回扫式稳压器 一般说明特性 LM2588 系列稳压器是专为回扫 步升 ( 升压 ) 和正激转换器应用而设计的单片集成电路 此器件有 4 个不同的输出电压型号 :3.3V 5.0V 12V 和电压可调 这些稳压器所需外围元件最少, 性价比高, 而且简单易用 数据表中包含了升压型稳压器和回扫式稳压器的典型电路 同时还给出了元件的选型指南, 包括二极管 电容器 一系列标准电感器以及与这些 稳压器配合工作的回扫式变压器 电源 是一个可承受 65V 电压的 5.0A NPN 器件 为电源 提供保护的包括限流和限热电路以及一个欠压锁定电路 此集成电路包含一个可调频率振荡器, 编程后可使频率高达 200kHz 振荡器还可以与其他器件同步, 这样多个器件就可以工作在同一个开 频率下 其他特性包括软启动模式和电流模式控制, 其中软启动可以降低启动过程中的浪涌电流, 电流模式控制可以提供改善的输入电压拒绝 输出负载瞬态和逐周期限流 该器件还有一个 断引脚, 所以它可以实现外部停机 在规定输入电压和输出负载的情况下, 供电系统可保证 ±4% 的输出电压容差 接线图 仅需极少量外围元件 一系列标准电感器和变压器 5.0A 65V 的 NPN 输出 宽广的输入电压范围 :4V 至 40V 可调 频率 :100kHz 至 200kHz 外部 断能力 断模式下小于 60μA 的漏电流输出 电流工作模式可改善瞬态响应 线路调节和限流性能 内部软启动功能降低了启动中的浪涌电流 限流 欠压锁定和热 断可保护输出晶体管 对于线路和负载可保证最大 ±4 % 的系统输出电压容差 典型应用 回扫式稳压器 正激转换器 多路输出稳压器 简单升压稳压器 2005 年 7 月 LM2588 带有 断的 SIMPLE SWITCHER 5A 回扫式稳压器 引脚弯曲交错,7 脚 TO-220(T) 俯视图 引脚弯曲交错,7 脚 TO-220(T) 侧视图 订购号 LM2588T-3.3 LM2588T-5.0 LM2588T-12 或者 LM2588T-ADJ 参见 NS 封装号 TA07B SIMPLE SWITCHER 和 Switchers Made Simple 是美国国家半导体的注册商标 本文是 National Semiconductor 英文版的译文, 本公司不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责 如需确认任何内容的准确性, 请参考本公司提供的英文版 2005 美国国家半导体 DS012420

3 LM2588 连接图 ( 续 ) 7 脚 TO-263(S) 俯视图 7 脚 TO-263(S) 侧视图 订购信息 订购号 LM2588S-3.3 LM2588S-5.0 LM2588S-12 或者 LM2588S-ADJ 卷带包装订购号 LM2588SX-3.3 LM2588SX-5.0 LM2588SX-12 或者 LM2588SX-ADJ 参见 NS 封装号 TS7B 封装类型 NSC 封装图订购号 7 脚 TO-220, 引脚弯曲交错 TA07B LM2588T-3.3, LM2588T-5.0, LM2588T-12, LM2588T-ADJ 7 引脚 TO-263 TS7B LM2588S-3.3 LM2588S-5.0 LM2588S-12 LM2588S-ADJ 7 脚 TO-263 卷带包装 TS7B LM2588SX-3.3, LM2588SX-5.0, LM2588SX-12, LM2588SX-ADJ 2

4 最大绝对额定值 ( 注释 1) 如果用于军用 / 航空专用设备, 请向美国国家半导体销售办事处 / 经销商咨询具体可用性和规格 输入电压 -0.4V V IN 45V 电压 -0.4V V SW 65V 电流 ( 注释 2) 内部限制 补偿引脚电压 -0.4V V COMP 2.4V 引脚电压 -0.4V V FB 2V OUT 开 / 引脚电压 -0.4V V SH 6V 同步引脚电压 -0.4V V SYNC 2V 功耗 ( 注释 3) 内部限制 储存温度范围 -65 至 +150 引脚温度 ( 焊接 10 秒 ) 260 最大结温 ( 注释 3) 150 最小 ESD 额定值 (C = 100pF,R = 1.5kΩ) 2kV 工作额定值 电源电压 -4V V IN 40V 输出 电压 0V V SW 60V 输出 电流 I SW 5.0A 结点温度 范围 -40 T J +125 LM2588 LM 电气特性 标准字体表示的规格仅针对 T J = 25 的情况, 粗字体则适用于整个工作温度范围 除非另有说明,V IN = 5V 符号 参数 工作条件 典型值 最小值 最大值 单位 图 1 的系统参数测量电路 ( 注释 4) V OUT 输出电压 V IN = 4V 至 12V / / 3.46 V I LOAD = 400mA 至 1.75A ΔV OUT / 输入电压调节率 V IN = 4V 至 12V 20 50/ 100 mv ΔV IN I LOAD = 400mA ΔV OUT / 负载调节率 V IN = 12V 20 50/ 100 mv ΔI LOAD I LOAD = 400mA 至 1.75A η 效率 V IN = 12V,I LOAD = 1A 独有的器件参数 ( 注释 5) V REF 输出参考电压 在引脚处测得 / / V V COMP = 1.0V ΔV REF 参考电压调整率 V IN = 4V 至 40V 2.0 m V 75 % G M 误差放大器跨导 I COMP = -30μA 至 +30μA mmho V COMP = 1.0V A VOL 误差放大器增益 V COMP = 0.5V 至 1.6V / 75 V/V R COMP = 1.0MΩ( 注释 6) LM 电气特性 标准字体表示的规格仅针对 T J = 25 的情况, 粗字体则适用于整个工作温度范围 除非另有说明,V IN = 5V 符号 参数 工作条件 典型值 最小值 最大值 单位 图 1 的系统参数测量电路 ( 注释 4) V OUT 输出电压 V IN = 4V 至 12V / / 5.25 V I LOAD = 500mA 至 1.45A ΔV OUT / 输入电压调节率 V IN = 4V 至 12V 20 50/ 100 mv ΔV IN I LOAD = 500mA ΔV OUT / 负载调节率 V IN = 12V 20 50/ 100 mv ΔI LOAD I LOAD = 500mA 至 1.45A η 效率 V IN = 12V,I LOAD = 750mA 80 % 独有的器件参数 ( 释 5) 3

5 LM2588 LM 电气特性 ( 续 ) 标准字体表示的规格仅针对 T J = 25 的情况, 粗字体则适用于整个工作温度范围 除非另有说明,V IN = 5V V REF 符号参数工作条件典型值最小值最大值单位 ΔV REF 输出参考电压 在引脚处测得 / / V V COMP = 1.0V 参考电压调整率 V IN = 4V 至 40V 3.3 mv G M 误差放大器跨导 I COMP = -30μA 至 +30μA mmho V COMP = 1.0V A VOL 误差放大器增益 V COMP = 0.5V 至 1.6V / 49 V/V R COMP = 1.0MΩ( 注释 6) LM 电气特性 标准字体表示的规格仅针对 T J = 25 的情况, 粗字体则适用于整个工作温度范围 除非另有说明,V IN = 5V 符号 参数 工作条件 典型值 最小值 最大值 单位 图 2 的系统参数测量电路 ( 注释 4) V OUT 输出电压 V IN = 4V 10V / /12.60 V I LOAD = 300mA 1.2A ΔV OUT / 输入电压调节率 V IN = 4V 至 10V / 200 mv ΔV IN I LOAD = 300mA ΔV OUT / 负载调节率 V IN = 10V / 200 mv ΔI LOAD I LOAD = 300mA 至 1.2A η 效率 V IN = 10V,I LOAD = 1A 90 % 独有的器件参数 ( 注释 5) V REF 输出参考电压 在引脚处测得 / / V V COMP = 1.0V ΔV REF 参考电压调整率 V IN = 4V 至 40V 7.8 mv G M 误差放大器跨导 I COMP = -30μA 至 +30μA mmho V COMP = 1.0V A VOL 误差放大器增益 V COMP = 0.5V 至 1.6V 70 41/ 21 V/V R COMP = 1.0MΩ( 注释 6) LM 电气特性 标准字体表示的规格仅针对 T J = 25 的情况, 粗字体则适用于整个工作温度范围 除非另有说明,V IN = 5V 符号 参数 工作条件 典型值 最小值 最大值 单位 图 2 的系统参数测量电路 ( 注释 4) V OUT 输出电压 V IN = 4V 10V / /12.60 V I LOAD = 300mA 1.2A ΔV OUT / 输入电压调节率 V IN = 4V 至 10V / 200 mv ΔV IN I LOAD = 300mA ΔV OUT / 负载调节率 V IN = 10V / 200 mv ΔI LOAD I LOAD = 300mA 至 1.2A η 效率 V IN = 10V,I LOAD = 1A 90 % 4

6 LM2588-ADJ 电气特性 ( 续 ) 标准字体表示的规格仅针对 T J = 25 的情况, 粗字体则适用于整个工作温度范围 除非另有说明,V IN = 5V LM2588 符号参数工作条件典型值最小值最大值单位 UNIQUE DEVICE PARAMETERS (Note 5) V REF 输出参考电压 在引脚处测得 / / V V COMP = 1.0V ΔV REF 参考电压调整率 V IN = 4V 至 40V 1.5 mv G M 误差放大器跨导 I COMP = -30μA 至 +30μA mmho V COMP = 1.0V A VOL 误差放大器增益 V COMP = 0.5V 至 1.6V / 200 V/V R COMP = 1.0MΩ( 注释 6) I B 误差放大器 V COMP = 1.0V / 600 na 输入偏置电流 所有输出电压型号的电气特性 ( 注释 5) 标准字体表示的规格仅针对 T J = 25 的情况, 粗字体则适用于整个工作温度范围 除非另有说明,V IN = 5V 符号参数工作条件典型值最小值最大值单位 I S 输入供电电流 断开 / 16.5 ma ( 注释 8) I SWITCH = 3.0A / 165 ma I S/D 断输入供电电流 V SH = 3V / 300 µa V UV 输入供电欠压锁定 R LOAD = 100Ω V f O f SC 振荡器频率 短路频率 在 引脚处测得 R LOAD = 100Ω,V COMP = 1.0V 调频引脚开路 ( 脚 1) R SET = 22kΩ 在 引脚处测得 R LOAD = 100Ω V FEEDBACK = 1.15V / /125 khz V EAO 误差放大器输出摆幅 上限 / 2.4 V ( 注释 7) 下限 / 0.55 V ( 注释 8) I EAO 误差放大器输出电流 ( 注释 9) / /320 µa ( 源或汇 ) I SS 软启动电流 V FEEDBACK = 0.92V / /19.0 µa V COMP = 1.0V D MAX 最大占空比 R LOAD = 100Ω 98 93/ 90 % ( 注释 7) I L 漏电流 断开 / 600 µa V SWITCH = 60V V SUS 持续电压 dv/dt = 1.5V/ns 65 V khz khz V SAT 饱和电压 I SWITCH = 5.0A / 1.4 V 5

7 LM2588 所有输出电压型号的电气特性 ( 注释 5) ( 续 ) 标准字体表示的规格仅针对 T J = 25 的情况, 粗字体则适用于整个工作温度范围 除非另有说明,V IN = 5V 符号 参数 工作条件 典型值 最小值 最大值 单位 I CL NPN 电流极限 A V STH 同步阈值电压 F SYNC = 200kHz / / 1.00 V V COMP = 1V,V IN = 5 I SYNC 同步引脚电流 V IN = 5V µa V COMP = 1V,V SYNC = V STH V SHTH 开 / 引脚 ( 脚 1) V COMP = 1V / /2.4 V 阈值电压 ( 注释 10) I SH 开 / 引脚 ( 脚 1) V COMP = 1V 40 15/ 10 65/75 µa 电流 V SH = V SHTH θ JA 热阻 T 封装, 结到环境 65 θ JA ( 注释 11) T 封装, 结到环境 45 θ JC ( 注释 12) T 封装, 结到外壳 2 θ JA S 封装, 结到环境 56 ( 注释 13) θ JA S 封装, 结到环境 35 ( 注释 14) θ JA S 封装, 结到环境 ( 注释 15) 26 S 封装, 结到外壳 θ JC 2 注释 1: 一旦超过最大绝对额定值, 设备就将可能损坏 当引脚 和 6 的电流限制在小于 1.2mA 时, 这些额定值都适用 工作额定值表明器件被指定在这些条件下工作, 但这些条件不一定可以保证器件的参数规格 于规格保证和测试环境, 请见电气特性 注释 2: 注意, 在步升稳压器中的 电流和输出电流不相同 当 LM2588 用作步升稳压器时, 输出电流不能在内部进行限制 为防止 受损, 输出电流必须在外部被限制在 5A 不过, 当 LM2588 用作回扫式稳压器时, 输出电流可以在内部进行限制 ( 参看 " 应用提示 " 以获得更多信息 ) 注释 3: 器件的结温 (T J ) 是环境温度 (T A ) 结到环境热阻(θ JA ) 以及器件功耗 (P D ) 的函数 当温度超过器件的最大结温时就会发生热 断 P D x θ JA + T A(MAX) T J(MAX). 为实现安全的热设计, 必须确保器件的最大功耗低于 : P D [T J(MAX) T A(MAX) ]/θ JA. 当计算允许的最大功耗时, 需要对最大结温进行降额 - 这可以为热设计提供一定的安全裕度 注释 4: 二极管 电感器 输入和输出电容等外部元件也会影响 稳压器的性能 当 LM2588 按照图 1 和图 2 使用时, 系统性能就跟系统参数所说明的一样 注释 5: 所有室温极限值都经过了 100% 生产测试, 标准的统计质量控制 (SQC) 方法则保证了极端温度处极限值的准确性 注释 6: 作为误差放大器输出的补偿引脚接有一个 1.0MΩ 的电阻, 可确保测量 A VOL 时的精确度 注释 7: 为测量此参数, 可根据器件的输出型号将电压设定为一个较低值, 以此将误差放大器输出强制拉高, 且 导通 注释 8: 为测量此参数, 可根据器件的输出型号将电压设定为一个较高值, 以此将误差放大器输出强制压低, 且 断 注释 9: 为了测量最坏情况下误差放大器的输出电流, 将 LM2588 分别设定在电压的低值 (( 注释 7) 中给出 ) 和高值 (( 注释 8) 中给出 ) 进行测试 注释 10: 当测试最小值时, 不要从此引脚汲取电流 - 用一个二极管对其进行隔离 如果此引脚输出电流, 频率调整电路就开始工作 ( 见图 41 ) 注释 11: 垂直安装的 7 脚 TO-220 封装的结到环境热阻 ( 无外部散热片 ),1/2 英寸长的引脚连接到插座内, 或连接到一个铜面积最小的印刷电路板上 注释 12: 垂直安装的 7 脚 TO-220 封装的结到环境热阻 ( 无外部散热片 ),1/2 英寸长的引脚焊接到一个有大约 4 平方英寸 (1 盎司 ) 铜的印刷电路板上, 这些铜环绕这些引脚 注释 13: 紧靠一个铜面积为 平方英寸 ( 与 TO-263 封装的尺寸相同 ) 重量为 1 盎司 ( 厚度为 英寸 ) 的印刷电路板且水平安装的 7 脚 TO-263 的结到环境热阻 注释 14: 紧靠一个铜面积为 平方英寸 ( 是 TO-263 封装的面积的 3.6 倍 ) 重量为 1 盎司 ( 厚度为 英寸 ) 的印刷电路板且水平安装的 7 脚 TO-263 的结到环境热阻 注释 15: 紧靠一个铜面积为 平方英寸 ( 是 TO-263 封装的面积的 7.4 倍 ) 重量为 1 盎司 ( 厚度为 英寸 ) 的印刷电路板且水平安装的 7 脚 TO-263 的结到环境热阻 附加铜面积会进一步降低热阻 参见 Switchers Made Simple 软件的热学模型 C / W w w w. n a t i o n a l. c o m 6

8 典型性能特征 供电电流 vs 温度 供电电压 vs 温度 LM2588 供电电流 (ma) 供电电流 (ma) 温度 ( C) Δ 参考电压 vs 电源电压 温度 ( C) 供电电流 vs 电流 参考电压变化量 (mv) 供电电流 (ma) 供电电压 电流极限值 vs 温度 电流 (A) 引脚偏置电流 vs 温度 电流限制 (A) 偏置电流 (na) 温度 ( C) 温度 ( C)

9 LM2588 典型性能特点 ( 续 ) 参考饱和电压 vs 温度 跨导 vs 温度 饱和电压 (V) 跨导 (A/V) 温度 ( C) 振荡频率 vs 温度 温度 ( C) 误差放大器跨导 vs 温度 频率 (khz) 跨导 ( 姆欧 ) 温度 ( C) 温度 ( C) 误差放大器电压增益 vs 温度 短路频率 vs 温度 电压增益 (V/V) 频率 (khz) 温度 ( C) 温度 ( C) w w w. n a t i o n a l. c o m 8

10 典型性能特点 ( 续 ) 断供电电流 vs 温度 开 / 引脚电流 vs 电压 LM2588 断供电电流 (µa) 温度 ( C) 振荡频率 (khz) 开 / 引脚电流 (µa) 开 / 引脚电压 (V) 振荡器频率 vs 电阻 回扫式稳压器 开 / 引脚和调频引脚

11 LM2588 测试电路 开 / 引脚和 调频引脚 C IN1 100μF,25V 铝质电解电容器 C IN2 0.1μF 陶瓷电容器 T 22μH,1:1 肖特公司 # D 1N5820 C OUT 680μF,16V 铝质 电解电容器 C C 0.47μF 陶瓷电容器 R C 2k 图 1. LM 和 LM 开 / 引脚和调频引脚 C IN1 100μF,25V 铝质电解电容器 C IN2 0.1μF 陶瓷电容器 L 15μH,Renco 公司 #RL D 1N5820C OUT 680μF,16V 铝质电 解电容器 C C 0.47μF 陶瓷电容器 R C 2k 对于 12V 器件 :R1 = 短路 (0Ω) 和 R2 = 开路对于可调器件 :R1 = 48.75k,±0.1% 和 R2 = 5.62k, ±0.1% 图 2. LM 和 LM2588-ADJ

12 框图 LM2588 断 2.9V 稳压器 限流 限热和欠压 断 内部供电电压 控制逻辑 驱动级 5A,65V NPN 复位脉冲 开 / 引脚和调频引脚 跳频 100 khz 振荡器 纠正斜坡 电流检测 放大器 占空比比较器 误差放大器 周期跳跃比较器 软启动 补偿接地 对于固定型号 3.3V,R1 = 3.4k,R2 = 2k5.0V,R1 = 6.15k,R2 = 2k12V,R1 = 8.73k,R2 = 1k 对于可调型号 R1 = 短路 (0Ω) 和 R2 = 开路 图 3. 方框图 回扫式稳压器工作 LM2588 非常适合用于回扫式稳压器拓扑结构 回扫式稳压器可产生单路输出电压, 比如图 4 所示的情况, 或者多路输出电压 图 4 中, 回扫式稳压器产生的输出电压在输入电压范围之内 这个特性是回扫式稳压器独有的, 降压和升压式稳压器都没有 回扫式稳压器的工作如下所示 ( 见图 4 ): 当 导通时, 电流会流经变压器初级绕组 T1, 将能量存储在变压器磁场中 注意, 初级绕组和次级绕组是不同相的, 所以当电流经过初级时, 就没有电流经 过次级 当 断时, 磁场强度开始下降, 初级绕组和次级绕组的极性反转 现在整流器 D1 是前向偏置, 电流流经 D1, 将变压器中的能量释放掉 这也就在输出端产生了电压 输出电压可通过调制峰值 电流来控制 具体实现上可将部分输出电压到误差放大器, 放大器会放大电压和 1.230V 参考之间的压差 误差放大器输出电压随后和与 电流 ( 即 导通时间内的电感器电流 ) 成正比的斜坡电压进行比较 当两个电压相等时, 比较器会终止 导通时间, 从而控制峰值 电流, 保持恒定输出电压 11

13 LM2588 回扫式稳压器工作 ( 续 ) 比较器 开 / 引脚和调频引脚 如图 4 所示, 仅使用少量的外部元件,LM2588 即可用作回扫式稳压器 稳压器的 波形如图 5 所示 此电路工作中的典型性能特性见图 6 图 4. 12V 回扫式稳压器设计示例 典型性能特征 水平 A: 电压,10V/div B: 电流,5A/div C: 输出整流器电流,5A/div D: 输出纹波电压,100mV/div, 交流耦合 图 5. 波形 12

14 典型性能特点 ( 续 ) LM2588 输出电压响应 负载电流阶跃 水平 图 6. V OUT 对负载电流阶跃的响应 典型回扫式稳压器应用 图 7 到 12 给出了 6 个典型回扫式应用, 从单路输出到三路输出 每个图都包含了除变压器之外的每个元件的编号和制造商 变压器 元件编号和制造商名称见图 13 中的表格 对于不同输入电压的应用 ( 需用 LM2588-ADJ) 或者不满足标准配置的不同输出配置, 请使用 Switchers Made Simple 应用 比较器 开 / 引脚和调频引脚 图 7. 单路输出回扫式稳压器 13

15 LM2588 典型回扫式稳压器应用 ( 续 ) 比较器 开 / 引脚和调频引脚 图 8. 单路输出回扫式稳压器 比较器 开 / 引脚和调频引脚 图 9. 单路输出回扫式稳压器 14

16 典型回扫式稳压器应用 ( 续 ) LM2588 比较器 开 / 引脚和调频引脚 图 10. 双路输出回扫式稳压器 比较器 开 / 引脚和调频引脚 图 11. 双路输出回扫式稳压器 15

17 LM2588 典型回扫式稳压器应用 ( 续 ) 比较器 开 / 引脚和调频引脚 图 12. 三路输出回扫式稳压器 变压器选择 (T) 图 13 列出了可用于回扫式稳压器应用的标准变压器 表格给出了每个变压器的变压比 输出电压 输入电压范围和每个电路的最大负载电流 应用领域 图 7 图 8 图 9 图 10 图 11 图 12 变压器 T1 T1 T1 T2 T3 T4 V IN 4V 6V 4V 6V 8V 16V 4V 6V 18V 36V 18V 36V V OUT1 3.3V 5V 12V 12V 12V 5V I OUT1( 最大值 ) N 1 1.8A 1 1.4A 1 1.2A 1 0.3A 2.5 1A A 0.35 V OUT2 12V 12V 12V I OUT2( 最大值 ) 0.3A 1A 0.5A N V OUT3 12V I OUT3( 最大值 ) 0.5A N 图 13. 变压器选择表 16

18 典型回扫式稳压器应用 ( 续 ) 变压器类型 制造商的元件编号 Coilcraft Coilcraft ( 注释 16) Pulse ( 注释 17) Renco Schott ( 注释 16) 表面贴装表面贴装 ( 注释 18) ( 注释 19) T1 Q4434-B Q4435-B PE RL T2 Q4337-B Q4436-B PE RL T3 Q4343-B PE RL T4 Q4344-B PE RL LM2588 注释 16: Coilcraft Inc.,: 电话 :(800) Silver Lake Road,Cary,IL 60013: 传真 :(708) European Headquarters,21 Napier Place: 电话 : Wardpark North,Cumbernauld,Scotland G68 0LL: 传真 : 注释 17: Pulse Engineering Inc.,: 电话 :(619) World Trade Drive,San Diego,CA 92128: 传真 :(619) European Headquarters,Dunmore Road: 电话 : Tuam,Co. Galway,Ireland: 传真 : 注释 18: Renco Electronics Inc.,: 电话 :(800) Jeffryn Blvd. East,Deer Park,NY 11729: 传真 :(516) 注释 19: Schott Corp.,: 电话 :(612) Parkers Lane Road,Wayzata,MN 55391: 传真 :(612) 图 14. 变压器制造商指南 变压器封装 图 15 到 32 给出了每个变压器的封装, 见图 14 T3 T 图 17:Coilcraft Q4343-B 图 15:Coilcraft Q4434-B T4 T2 图 16:Coilcraft Q4337-B 图 18:Coilcraft Q4344-B 17

19 LM2588 典型回扫式稳压器应用 ( 续 ) T2 T 图 19:Coilcraft Q4435-B ( 表面贴装 ) 图 22:Pulse PE ( 表面贴装 ) T3 T 图 20:Coilcraft Q4436-B ( 表面贴装 ) 图 23:Pulse PE ( 表面贴装 ) T4 T 图 21:Pulse PE ( 表面贴装 ) 图 24:Pulse PE ( 表面贴装 ) 18

20 典型回扫式稳压器应用 ( 续 ) T1 LM2588 T 图 25. Renco RL 图 29. Schott T2 T 图 26. Renco RL 图 30. Schott T3 T 图 31. Schott 图 27. Renco RL-5534 T 图 28. Renco RL

21 LM2588 典型回扫式稳压器应用 ( 续 ) T 图 32. Schott 步升 ( 升压 ) 稳压器工作 图 33 显示了 LM2588 用作步升 ( 升压 ) 稳压器的应用 这是一个开 稳压器, 它的输出电压要高于输入供电电压 下面简要解释一下 LM2588 升压型稳压器如何工作 ( 见图 33 ) 当 NPN 导通 时, 电感器电流以 V IN /L 的速率上升, 将能量存储在电感器中 当 闭时, 电感器的低端会飞升至高于 V IN, 通过二极管 (D) 将电流放到输出电容器 (C OUT ), 速率为 (V OUT - V IN )/L 所以, 在 导通时间内存储在电感器内的能量就在 断时间内转移到输出端 输出电压受峰值 电流控制, 正如回扫式稳压器部分所述 比较器 开 / 引脚和调频引脚 图 V 升压型稳压器 通过增加少量的外部元件 ( 如图 33 所示 ),LM2588 可用于产生稳 波形如图 34 所示 此稳压器的典型应用见图 35 定的输出电压, 而且高于输入电压 此电路运行中所观测到的开 w w w. n a t i o n a l. c o m 2 0

22 典型性能特征 LM2588 水平 A: 电压,10V/div B: 电流,5A/div C: 电感器电流,5A/div D: 输出纹波电压,100mV/div, 交流耦合 图 34. 波形 输出电压响应 负载电流阶跃 水平 图 35. V OUT 对负载电流阶跃的响应 典型升压型稳压器应用 图 36 和 38 到 40 给出了四个典型升压应用 一个使用输出固定的 LM2588, 其余三个则输出可调 每个图都包含了每个元件的编 号和制造商 对于 12V 固定输出应用, 电感器的元件编号和制造商都列在图 37 的表格中 对于不同输出电压的应用, 可使用 Switchers Made Simple软件 21

23 LM2588 典型升压型稳压器应用 ( 续 ) 比较器 开 / 引脚和调频引脚 图 V 至 +12V 升压型稳压器 图 37 包含了图 36 中固定输出稳压器所用的标准电感器的表格, 给出了元件编号和相应的制造商 Coilcraft ( 注释 20) Pulse ( 注释 21) Renco ( 注释 22) Schott ( 注释 23) R4793-A PE RL 注释 20: Coilcraft Inc.,: 电话 :(800) Silver Lake Road,Cary,IL 60013: 传真 :(708) European Headquarters,21 Napier Place: 电话 : Wardpark North,Cumbernauld,Scotland G68 0LL: 传真 : 注释 21: Pulse Engineering Inc.,: 电话 :(619) World Trade Drive,San Diego,CA 92128: 传真 :(619) European Headquarters,Dunmore Road: 电话 : Tuam,Co. Galway,Ireland: 传真 : 注释 22: Renco Electronics Inc.,: 电话 :(800) Jeffryn Blvd. East,Deer Park,NY 11729: 传真 :(516) 注释 23: Schott Corp.,: 电话 :(612) Parkers Lane Road,Wayzata,MN 55391: 传真 :(612) 图 37. 电感器选择表 22

24 典型升压型稳压器应用 ( 续 ) LM2588 比较器 开 / 引脚和调频引脚 图 V 至 +24V 升压型稳压器 比较器 开 / 引脚和调频引脚 图 V 至 +36V 升压型稳压器 23

25 LM2588 典型升压型稳压器应用 ( 续 ) 比较器 开 / 引脚和调频引脚 * 这些应用中 LM2588 需要使用散热片 散热片的尺寸取决于最大环境温度 为计算 IC 的热阻和所需散热片的尺寸, 参看 " 应用提示 " 的 " 散热片 / 热性考虑 " 部分内容 图 V 至 +48V 升压型稳压器 应用提示 LM2588 特殊性质 开 / 引脚和调频引脚 ( 仅在频率调节操作时需要 ) 图 41. 断操作 频率调节 LM2588 的 频率可用外部电阻进行调节 这个特性使用户可以通过调节工作频率, 实现磁性元件尺寸和输出电容器的最优化 引脚 1( 调频引脚 ) 和地之间的一个电阻即可在 100kHz 至 200kHz( 最大值 ) 之间设定 频率 如图 41 所示, 此脚在调整频率的同时仍然可用于实现 断 性能特点部分的一条曲线显示了相应 频率下的电阻值 图 42 中的表格给出了常用频率下的电阻值 不过, 从 LM2588 的 100kHz 开始改变其工作频率将会改变磁性元件的选择和补偿元件的值 R SET (kω) 频率 (khz) 开路 断控制 LM2588 的一个特性就是它可以用开 / 引脚 ( 脚 1) 实现 断 在器件不用时, 此特性通过 闭器件来保存输入能量 为使其正常工作, 需要使用一个隔离二极管 ( 如图 41 所示 ) 当开 / 引脚加有 3V 或更高的电压并向脚 1 输入电流时, 器件就会 断 在 断模式中, 器件吸收的供电电流通常为 56μA(16μA 到 V IN,40μA 到开 / 引脚 ) 为使器件重新工作, 用一个 ( 隔离 ) 二极管使脚 1 悬空, 如图 41 所示 ( 为使其正常工作, 不要在此引脚上输送电流 - 参看下一部分 ) 图 42. 频率设定电阻指南 图 w w w. n a t i o n a l. c o m 2 4

26 应用提示 ( 续 ) LM2588 的另外一个特性是其可用同步引脚 ( 脚 6) 使 频率与外部源同步 此特性使得用户可以并联多个器件, 输出更高的功率 加在同步引脚上的负的下降脉冲可使 LM2588 与外部振荡器同步 ( 见图 43 和 44 ) 此特性可使 LM2588 与外部振荡器同步, 比如系统时钟 这样多个电源就可以工作在同一频率下, 也就消除了与频率相 的噪声问题 编程输出电压 ( 选择 R1 和 R2) 参看图 45 中的可调稳压器, 根据下述公式, 输出电压可通过电阻 R1 和 R2 实现编程控制 : V OUT = V REF (1 + R1 / R2), 其中 V REF = 1.23V 电阻 R1 和 R2 对输出电压进行分压, 所以它可与 1.23V 的内部参考电压进行比较 R2 在 1k 至 5k 之间,R1 为 : R1 = R2(V OUT / V REF - 1), 其中 V REF = 1.23V 为实现最优的温度系数和随时间的稳定性, 建议使用精度为 1% 的金属膜电阻 LM2588 同步输入 输出 水平 短路情形由于升压型稳压器的固有特性, 当输出短路时 ( 见图 45 ), 电流就直接从输入端经过电感器和二极管到达输出端, 而不经过 电流极限并不限制整个电路的输出电流 为保护负载和避免损坏, 必须对电流进行外部限制, 可利用输入供电或者在输出端加外部限流电路 外部极限应当设定为器件的最大 电流, 即 5A 在回扫式稳压器应用中 ( 图 46 ), 使用标准变压器,LM2588 就会避免主输出短路的影响 当输出电压下降到其标称值的 8% 时, 频率会降到 25kHz 频率越低, 断时间越长 断时间越长, 变压器会在 再次导通之前释放掉所有存储的能量 因此, 在 导通初始, 其集电极上的电流为零 此时, 电流极限就会限制尖峰电流, 也就保护了器件 图 V 同步升压型稳压器的波形 图 44 显示了 LM V 升压型稳压器与一个 200kHz 信号同步的情况 同步信号下降沿和 导通之间有 700ns 的延迟 比较器 开 / 引脚和调频引脚 图 45. 升压型稳压器 25

27 LM2588 应用提示 ( 续 ) 比较器 开 / 引脚和调频引脚 图 46. 升压型稳压器 回扫式稳压器输入电容器回扫式稳压器从输入电源汲取不连续的电流脉冲 所以, 回扫式稳压器需要两个输入电容器 - 一个用于储能, 另一个用来滤波 ( 见图 46) 根据回扫式稳压器的内部工作机制, 这两个电容器都是必需的 为给 LM2588 提供稳定或恒定的电压, 需要使用存储电容器 ( 100 μf) 如果输入源是一个经整流的直流源及/ 或应用需要宽广的温度范围, 所需的电容器均方根电流额定值可能会很大 这也意味着输出电容器需要更大的电容值或更高的额定电压 存储电容器也会压低噪声, 这些噪声可能会与其他连接到同一输入供电电压的电路发生干扰 另外还需要一个较小的旁路电容器, 这是因为输入电路脉冲会产生噪声 为消除此噪声, 可在 V IN 和地之间加一个 1.0μF 陶瓷电容, 且尽量靠近器件 开关电压极限对于回扫式稳压器, 当 断开时 处的最大稳态电压由变压器变压比 N 输出电压 V OUT 和最大输入电压 V IN ( 最大值 ) 决定 : V SW( 关断 ) = V IN ( 最大值 )+(V OUT +V F )/N 其中 VF 是输出二极管前向偏置电压, 肖特基二极管的典型值为 0.5V, 超快速恢复二极管的典型值为 0.8V 某些电路会存在一个电压尖峰 V LL, 叠加在稳态电压上 ( 见图 5, 波形 A) 通常, 这个电压尖峰是由 变压器漏电感或输出整流器回复时间引起的 为将 处的电压 " 箝制 " 在其最大值之下, 可在变压器初级侧加一个瞬态抑制器串联一个二极管 ( 如图 4 电路和数据表中其他回扫式稳压器电路所示 ) 图 46 给出了另一种箝制 电压的方法 引脚处加了一个单电 压瞬态抑制器 (SA51A) 这种方法钳制了 两端的总电压, 而不 仅仅是初级两端的电压 如果电路布局较差 ( 见 " 电路布局指南 " 部分 ), 引脚 ( 脚 5) 处就有 可能出现负的电压瞬态 给任何单片集成电路引脚外加一个负电压 ( 相对于集成电路的地 ) 都会使电路出现异常且不可预测的情况 这 对于 LM2588 集成电路同样适用 当用于回扫式稳压器时, 引 脚 ( 脚 5) 处的电压在 闭合时可能会为负 引脚处的 " 振铃 " 电 压是由输出二极管电容和变压器漏电感形成二级谐振电路而引起 的 谐振电路产生 " 振铃 " 电压, 它会通过变压器反射回到 引 脚 有两种常见的方法可避免此问题 一是在输出整流器周围加 一个 RC 阻尼器, 如图 46 所示 电阻和电感的值必须保证 引脚处的电压不会低于 -0.4V 电阻可在 10Ω 至 1kΩ 之间选取, 电容则 可在 0.001μF 至 0.1μF 之间选取 增加阻尼器会 ( 稍微 ) 降低整个电 路的效率 另外一种降低或消除 " 振铃 " 的方法是在脚 5 和脚 4( 地 ) 之间加一个肖 特基箝位二极管, 同样如图 46 所示 这可防止脚 5 的电压降到 -0.4V 以下 二极管的反向电压额定值必须高于 断电压 w w w. n a t i o n a l. c o m 2 6

28 应用提示 ( 续 ) 出电压也就不会是任意值 物理限制包括 LM2588 中的电容和电感 输出二极管和变压器 - 比如上述输出二极管的反向恢复时间 噪声输入线路状况如果输入电压有异常大的瞬态噪声, 比如有跳跃的输入, 那就需要在 LM2588 的输入引脚处加一个小的 RC 低通滤波器 图 47 的电路给出了滤波器的布局, 电容器在输入引脚和地之间, 电阻在输入电源和输入引脚之间 注意, 图中 R IN 和 C IN 的值适用于大部分场合, 但是对于特定应用则需要重新调整 如果效率需重点考虑, 用一个小值电感代替电阻 ( 比如 10μH, 电流额定值为 200mA) LM2588 图 47. 输入线路滤波器 稳定性如果工作的占空比高于 50%, 那么所有电流模式控制稳压器就都会受一种不稳定性的影响, 即次谐波振荡 为消除次谐波振荡, 需要有一个电感的最小值来确保所有升压型和回扫式稳压器工作的稳定性 最小电感由下式给出 : 输出电压限制升压型稳压器的最大输出电压为最大 电压减去二极管压降 对于回扫式稳压器, 最大输出电压由变压比 N 和占空比 D 决定, 如下式 : V OUT N x V IN x D/(1 D) 回扫式稳压器的占空比由下式确定 : 其中 V SAT 是 饱和电压, 可在特性曲线中找到 理论上, 最大输出电压可以任意大 - 只需增加变压器的变压比即可 但是, 实际上有一些物理限制会阻止变压比变到无穷大, 输 比较器 开 / 引脚 和调频引脚 图 48. 电路板布局 电路布局指南跟所有 稳压器一样, 布局也是相当重要的 与走线电感相 的快速 电流会产生电压瞬态, 它会带来一些问题 对于最小的电感和接地回路, 引脚和走线的长度要尽可能短 使用单点接地或接 地层结构可实现最佳效果 将信号地和功率地分开 ( 如图 48 所示 ) 当使用电压可调的稳压器时, 在物理上要使编程电阻尽量靠近稳压器集成电路, 以此缩短灵敏的接线 27

29 LM2588 应用提示 ( 续 ) 散热片 / 热性考虑在许多情况下, 无需用散热片即可保证 LM2588 的结温在允许的工作温度范围之内 对于每个具体应用, 为确定是否需要散热片, 必须确定下列几个参数 : 1) 最高环境温度 ( 针对具体应用 ) 2) 最大稳压器功耗 ( 针对具体应用 ) 3) 最大允许结温 ( 对于 LM2588 为 125 ) 为保证设计的安全性, 应当选择比最大结温低大约 15 的温度, 即 110 4) LM2588 封装热阻 θ JA 和 θ JC ( 电气特性中已给出 ) LM2588 的功耗 (P D ) 可用下式估计 : 升压型 : 回扫式 : 最大环境温度加上结的温升即为实际的工作结温 : T J = ΔT J + T A. 如果工作结温超过上面项目 3 中的最大结温, 就需要用散热片了 当使用散热片时, 结的温升可由下式确定 : ΔT J = P D (θ JC + θ Interface + θ Heat Sink ) 此时工作结温就变为 : T J = ΔT J + T A 跟之前一样, 如果超过了最大结温, 就需要一个更大的散热片 ( 其热阻更低 ) Switchers Made Simple设计软件包含了更加精确 ( 非线性 ) 的热学模型, 可用来确定不同输入 - 输出参数或不同器件值下的结温 它还可以计算要将稳压器结温控制在最大工作温度以下所需的散热片热阻 为进一步简化回扫式稳压器设计步骤, 美国国家半导体提供了电脑设计软件 Switchers Made Simple 通过所在地区的美国国家半导体销售办公室者或美国国家半导体客户响应中心 ( ), 用户可以获得用于 IBM 兼容电脑的软件安装磁盘 (31 2") V IN 是最小输入电压,V OUT 是输出电压,N 是变压器的变压比,D 是占空比,I LOAD 是最大负载电流 (ΣI LOAD 是多路输出回扫式稳压器中的最大负载电流之和 ) 占空比计算如下: 升压型 : 回扫式 : 其中 VF 是二极管前向偏置电压, 肖特基二极管的典型值为 0.5V, 快速恢复二极管的典型值为 0.8V V SAT 是 饱和电压, 可在特性曲线中找到 当不适用散热片时, 结的温升为 : ΔT J = P D θ JA. 28

30 物理尺寸除非特别说明, 单位均为英寸 ( 毫米 ) LM2588 控制尺寸单位是英寸 [] 中的尺寸单位为毫米 订购号 LM2588T-3.3 LM2588T-5.0 LM2588T-12 或者 LM2588T-ADJ NS 封装号 TA07B 焊盘图案推荐 控制尺寸单位是英寸 [] 中的尺寸单位为毫米圆括号内的尺寸仅供参考 订购号 LM2588S-3.3 LM2588S-5.0 LM2588S-12 或者 LM2588S-ADJ 卷带包装订购号 LM2588SX-3.3 LM2588SX-5.0 LM2588SX-12 或者 LM2588SX-ADJ NS 封装号 TS7B 29

31 LM2588 带有 断的 SIMPLE SWITCHER 5A 回扫式稳压器 注释 对于上述任何电路的使用, 美国国家半导体不承担任何责任且不默示任何电路专利许可 美国国家半导体保留随时更改上述电路和规格的权利, 恕不另行通知 欲了解最新产品信息, 请访问公司网站 : 生命支持策略未经美国国家半导体的总裁和首席律师事先的明确书面审批, 不得将美国国家半导体的产品作为生命支持设备或系统中的 键部件使用 特此说明 : 1. 生命支持设备或系统指 :(a) 打算通过外科手术移植到体内的生命 2. 支持设备或系统 ;(b) 支持或维持生命的设备或系统, 其在依照使 用说明书正确使用时, 有理由认为其失效会造成用户严重伤害 键部件是在生命支持设备或系统中, 有理由认为其失效会造成生命支持设备或系统失效, 或影响生命支持设备或系统的安全性或效力的任何部件 禁用物质合规美国国家半导体制造的产品和使用的包装材料符合 消费产品管理规范 (CSP-9-111C2) 以及 相 禁用物质和材料规范 (CSP-9-111S2) 的条款, 不包含 CSP-9-111S2 限定的任何 " 禁用物质 " 如需了解详情, 请访问 : /quality/green. 无铅产品符合 RoHS 指令 美国国家半导体美洲区技术支持中心电子邮件 : support@nsc.com 电话 : 美国国家半导体欧洲技术支持中心 电子邮件 : europe.support@nsc.com 美国国家半导体亚太区技术支持中心 电子邮件 : ap.support@nsc.com 美国国家半导体日本技术支持中心 电子邮件 : jpn.feedback@nsc.com

32 重要声明 德州仪器 (TI) 及其下属子公司有权在不事先通知的情况下, 随时对所提供的产品和服务进行更正 修改 增强 改进或其它更改, 并有权随时中止提供任何产品和服务 客户在下订单前应获取最新的相关信息, 并验证这些信息是否完整且是最新的 所有产品的销售都遵循在订单确认时所提供的 TI 销售条款与条件 TI 保证其所销售的硬件产品的性能符合 TI 标准保修的适用规范 仅在 TI 保证的范围内, 且 TI 认为有必要时才会使用测试或其它质量控制技术 除非政府做出了硬性规定, 否则没有必要对每种产品的所有参数进行测试 TI 对应用帮助或客户产品设计不承担任何义务 客户应对其使用 TI 组件的产品和应用自行负责 为尽量减小与客户产品和应用相关的风险, 客户应提供充分的设计与操作安全措施 TI 不对任何 TI 专利权 版权 屏蔽作品权或其它与使用了 TI 产品或服务的组合设备 机器 流程相关的 TI 知识产权中授予的直接或隐含权限作出任何保证或解释 TI 所发布的与第三方产品或服务有关的信息, 不能构成从 TI 获得使用这些产品或服务的许可 授权 或认可 使用此类信息可能需要获得第三方的专利权或其它知识产权方面的许可, 或是 TI 的专利权或其它知识产权方面的许可 对于 TI 的产品手册或数据表, 仅在没有对内容进行任何篡改且带有相关授权 条件 限制和声明的情况下才允许进行复制 在复制信息的过程中对内容的篡改属于非法的 欺诈性商业行为 TI 对此类篡改过的文件不承担任何责任 在转售 TI 产品或服务时, 如果存在对产品或服务参数的虚假陈述, 则会失去相关 TI 产品或服务的明示或暗示授权, 且这是非法的 欺诈性商业行为 TI 对此类虚假陈述不承担任何责任 TI 产品未获得用于关键的安全应用中的授权, 例如生命支持应用 ( 在该类应用中一旦 TI 产品故障将预计造成重大的人员伤亡 ), 除非各方官员已经达成了专门管控此类使用的协议 购买者的购买行为即表示, 他们具备有关其应用安全以及规章衍生所需的所有专业技术和知识, 并且认可和同意, 尽管任何应用相关信息或支持仍可能由 TI 提供, 但他们将独力负责满足在关键安全应用中使用其产品及 TI 产品所需的所有法律 法规和安全相关要求 此外, 购买者必须全额赔偿因在此类关键安全应用中使用 TI 产品而对 TI 及其代表造成的损失 TI 产品并非设计或专门用于军事 / 航空应用, 以及环境方面的产品, 除非 TI 特别注明该产品属于 军用 或 增强型塑料 产品 只有 TI 指定的军用产品才满足军用规格 购买者认可并同意, 对 TI 未指定军用的产品进行军事方面的应用, 风险由购买者单独承担, 并且独力负责在此类相关使用中满足所有法律和法规要求 TI 产品并非设计或专门用于汽车应用以及环境方面的产品, 除非 TI 特别注明该产品符合 ISO/TS 要求 购买者认可并同意, 如果他们在汽车应用中使用任何未被指定的产品,TI 对未能满足应用所需要求不承担任何责任 可访问以下 URL 地址以获取有关其它 TI 产品和应用解决方案的信息 : 产品 数字音频 通信与电信 放大器和线性器件 计算机及周边 数据转换器 消费电子 DLP 产品 能源 DSP - 数字信号处理器 工业应用 时钟和计时器 医疗电子 接口 安防应用 逻辑 汽车电子 电源管理 视频和影像 微控制器 (MCU) RFID 系统 OMAP 机动性处理器 无线连通性 德州仪器在线技术支持社区 IMPORTANT NOTICE 应用 邮寄地址 : 上海市浦东新区世纪大道 1568 号, 中建大厦 32 楼邮政编码 : Copyright 2012 德州仪器半导体技术 ( 上海 ) 有限公司

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