스텝 다운 전압 조정기 LM2576 심층 분석 : 기능에서 응용 프로그램으로의 포괄적 인 안내서

LM2576은 전형적인 스텝 다운 전환 조절기입니다Texas Instruments (TI)가 소개합니다. 출시 이후 DC 전력 변환 분야에서 중요한 위치를 차지했습니다. 성숙한 기술, 안정적인 성능 및 광범위한 적용 가능성을 통해 중간 및 저전력 스텝 다운 시나리오에서 벤치 마크 제품이되었습니다. 응용 시나리오는 산업 제어, 자동차 전자 제품, 소비자 전자 제품 및 배터리 구동 장치와 같은 여러 분야를 포함합니다. 이 기사를 통해 엔지니어 및 전자 애호가는 LM2576의 관련 지식을 빠르고 포괄적으로 파악하여 전원 공급 장치 설계 작업에 대한 명확하고 실용적인 지침을 제공 할 수 있습니다.

스텝 다운 전압 조정기 LM2576 개요

LM2576은 전형적인 인덕터 기반 스텝 다운 전압 조절기입니다Texas Instruments에서 출시했습니다. 중간 및 저전력 시나리오를 위해 특별히 설계된이 제품은 1A의 최대 출력 전류를 특징으로하며 산업 제어, 자동차 전자 제품 및 기타 필드에 널리 사용됩니다. 입력 전압 범위는 7-40V (일부 M Odels가 최대 60V에 도달 함)를 가지며 고정 된 출력 전압 (3.3V/5V) 및 조절 가능한 출력 전압 (1.23-37V)을 제공합니다. 52kHz의 스위칭 주파수에서 작동하면서 75%-88%의 전환 효율을 달성하여 상당한 에너지 효율 이점을 자랑합니다. 칩은 과전류 보호 및 열 셧다운 기능을 통합하여 시스템 신뢰성을 향상시킵니다. 주변 회로는 간단하여 인덕터, 커패시터 및 다이오드 만 작동하여 조작해야하므로 설계 임계 값이 낮습니다. To-220과 같은 패키지는 열 소산을 용이하게하고 다양한 설치 요구 사항에 적응하여 성능과 사용 편의성을 균형을 잡는 최적의 선택입니다.
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LM2576+BOM

스텝 다운 전압 조절기 LM2576 핀아웃

일반적으로 사용되는 To-220 패키지 (모델 LM2576T)를 예로 들어 핀의 기능은 아래 표에 나와 있습니다.

핀 특성 및 설계 고려 사항

빈 핀: 입력 전압은 지정된 범위 내에 있어야합니다 (일반적으로 7V-40V). 그렇지 않으면 칩 손상 또는 비정상적인 작동을 유발할 수 있습니다. 설계에서 입력 끝에 적절한 필터 커패시터를 추가하여 입력 전압의 리플 및 노이즈를 줄여야합니다.

VOUT 핀: 출력 전압의 정확도는 하중과 관련이 있습니다. 출력 회로를 설계 할 때 인덕터 및 커패시터와 같은 구성 요소를 합리적으로 선택하여 출력 전압의 안정성과 리플이 요구 사항을 충족하도록해야합니다.

피드백 핀:이 핀은 소음에 매우 민감합니다. 배선 중에는 길이가 최소화되어야하며, 출력 전압의 안정성에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해 전력 경로의 배선과 교차하지 않아야합니다. 조정 가능한 출력 모델의 경우 외부 저항은 출력 전압의 정확성을 보장하기 위해 고정식 저항 (예 : 1% 공차)이어야합니다.

ON/OFF 핀: 칩의 스위치 상태의 원격 제어가 필요하지 않은 경우이 핀은 높은 레벨 (높은 레벨 활성화 모델의 경우) 또는 왼쪽 부동 (특정 모델의 요구 사항에 따라)에 직접 연결할 수 있습니다.

LM2576 기능 블록 다이어그램

내부 구조LM2576 주로다음 핵심 모듈로 구성됩니다.

전압 참조: 오류 증폭기의 입력 벤치 마크 역할을하는 안정적인 참조 전압을 제공합니다.

오류 증폭기: 피드백 전압을 기준 전압과 비교하고, 그 사이의 오차 신호를 증폭시키고,이를 사용하여 전원 스위치의 ON/OFF 상태를 제어합니다.

발진기: 전체 회로의 스위칭 리듬을 제어하기 위해 고정 주파수 (52kHz) 클록 신호를 생성합니다.

전원 스위치: 일반적으로 클록 신호의 제어하에 켜지거나 꺼지는 MOSFET 및 오류 증폭기의 출력 신호로 에너지 전송 및 변환이 가능합니다.

• 보호 회로: 비정상적인 조건에서 칩을 보호하기위한 과전류 보호 및 열 셧다운 회로가 포함되어 있습니다.

작업 프로세스는 다음과 같습니다. 입력 전압이 샘플링 된 후 피드백 전압이 얻어집니다. 이 피드백 전압은 오차 증폭기의 기준 전압과 비교하여 오류 신호를 생성합니다. 오류 신호는 발진기에 의해 생성 된 클록 신호와 결합되어 전원 스위치의 켜기/오프를 제어합니다. 전원 스위치가 켜지면 입력 전압은 인덕터에 전원을 공급하고 스위치를 통해로드하고 인덕터는 에너지를 저장합니다. 전원 스위치가 꺼지면 인덕터는 자유 휠링 다이오드를 통해 저장된 에너지를 방출하여 부하에 계속 전원을 공급합니다. 이 폐쇄 루프 조절 프로세스를 통해 출력 전압은 안정적으로 유지됩니다.

LM2576 기능

고효율 :52kHz의 스위칭 주파수를 사용하면 전환 효율이 다른 하중 조건에서 75% -88%에 도달 할 수 있습니다. 효율이 높을수록 칩 자체의 전력 소비가 더 낮아서 열 소산 요구 사항이 감소하여 열 소산 공간이 제한된 응용 분야에 적합합니다.
넓은 입력 범위 :DC 입력 전압 범위는 일반적으로 7V-40V이며 일부 모델 (예 : LM2576HVT)은 최대 60V를 지원할 수 있습니다. 이를 통해 다양한 전력 입력 시나리오에 적응하여 칩의 다양성을 향상시킵니다.
출력 유연성 :고정 출력 (3.3V, 5V, 12V, 15V) 및 조정 가능한 출력 (1.23V-37V)을 포함한 다중 출력 전압 버전을 사용할 수 있습니다. 고정 출력 모델은 추가 조정없이 직접 사용할 수 있습니다. 조정 가능한 출력 모델을 사용하면 외부 저항 네트워크를 통해 출력 전압을 유연하게 설정하여 다양한 장치의 요구를 충족시킬 수 있습니다.
보호 메커니즘 :내장 과전류 보호 및 열 셧다운 기능. 출력 전류가 지정된 임계 값을 초과하면 과전류 방지 회로가 활성화하여 출력 전류를 제한하여 과전류로 인해 칩 손상을 방지합니다. 칩의 정션 온도가 설정 온도 (보통 125 ℃)를 초과하면 열 셧다운 함수는 칩의 작동을 중지하고 온도가 감소한 후 자동으로 재개하여 칩이 과열 손상으로부터 보호됩니다.
기타 기능 :대기 특성이 낮습니다. 칩이 꺼져 있거나 가벼운 하중 아래로 전력 소비가 낮아 배터리 구동 장치의 배터리 수명을 연장하는 데 도움이됩니다. 또한 일부 모델에는 외부 동기화 기능이있어 스위칭 주파수가 외부 클록 신호와 동기화되어 다른 회로 간의 간섭이 줄어 듭니다.

LM2576 응용 프로그램

LM2576, 인기있는 단계 인 LM2576 -DOWN SWINGEG REGULATOR Texas Instruments의 R은 신뢰할 수있는 성능과 유연한 기능으로 인해 여러 산업 분야에서 다양한 응용 프로그램을 찾습니다.

1. 산업 통제

센서 및 액추에이터 전원: 산업 자동화 시스템에서 온도, 압력 및 위치 센서와 같은 수많은 센서에는 안정적인 저전압 전원 공급 장치가 필요합니다. LM2576은 일반적으로 사용되는 24V 산업 전력 버스를 이러한 센서의 경우 안정적인 5V 또는 3.3V로 변환 할 수 있습니다. 마찬가지로, 솔레노이드 밸브와 같은 소형 스케일 액추에이터는 LM2576의 조절 된 출력에 의해 전원을 공급할 수있다.

마이크로 컨트롤러 파워: 산업 제어 장치는 종종 마이크로 컨트롤러를 사용하여 다양한 운영을 관리하고 조정합니다. LM2576은 안정적인 전원을 제공하여 마이크로 컨트롤러가 전압 변동으로 인한 글리치없이 작동하도록합니다.

2. 자동차 전자 장치

In- 자동차 인포테인먼트 시스템: 자동차 라디오, GPS 내비게이션 시스템 및 터치 스크린 디스플레이와 같은 장치에는 안정적인 전원 공급 장치가 필요합니다. LM2576은 12V 또는 24V 차량 배터리 전압을 적절한 저전압 레벨 (예 : 5V 또는 3.3V)으로 변환하여 이러한 구성 요소에 전원을 공급할 수 있습니다. 또한 엔진 시동 및 기타 차량 작업 중에 발생하는 전기 과도 및 전압 스파이크를 견딜 수 있습니다.

대시 보드 전자 장치: 속도계, 연료 게이지 및 경고 표시등이 포함 된 기기 클러스터 디스플레이는 안정적인 전력에 의존합니다.LM2576이 디스플레이 뒤에있는 전자 장치의 일관된 작동을 보장하여 운전자에게 정확하고 신뢰할 수있는 정보를 제공합니다.

3. 소비자 전자 장치

라우터 및 네트워크 장치: 라우터, 스위치 및 무선 액세스 포인트에는 네트워크 연결을 유지하기 위해 안정적인 전력이 필요합니다. LM2576은 마이크로 프로세서, 메모리 칩 및 네트워크 인터페이스 구성 요소를 포함하여 내부 회로에 필요한 5V 또는 3.3V로 전력 어댑터 (일반적으로 9V -12V)의 입력 전압을 변환 할 수 있습니다.

세트 - 상단 상자:이 장치는 텔레비전 신호를 받고 디코딩하는 데 사용됩니다. LM2576은 튜너, 디코더 및 HDMI 출력 회로와 같은 세트의 다른 섹션에 필요한 전력을 제공하여 부드러운 비디오 및 오디오 재생을 보장합니다.

4. 배터리 - 전원 장치

휴대용 의료 기기: 포도당 미터, 휴대용 심전도 (ECG) 모니터 및 핸드 헬드 펄스 산소 측정기와 같은 장치는 종종 배터리에서 실행됩니다. LM2576은 배터리 전압 (예 : 7.4V를 리튬 - 이온 배터리 팩에서 7.4V를 안정적인 5V 또는 3.3V로 변환하여 비교적 높은 효율로 배터리 수명을 연장하고 장치의 센서, 마이크로 컨트롤러 및 디스플레이 장치에 전원을 공급할 수 있습니다.

무선 센서 노드: IoT (Internet of Things) 응용 프로그램에서 다양한 환경에 배포 된 무선 센서 노드는 배터리로 구동됩니다. LM2576은 배터리 전압을 노드의 무선 트랜시버, 마이크로 컨트롤러 및 센서 구성 요소에 적절한 레벨로 내려 놓을 수 있으므로 배터리 교체가 자주 교체되지 않고 긴 기간 작동을 가능하게합니다.

고정 출력 전압 버전 일반적인 응용 프로그램 다이어그램

이것은 일반적인 응용 프로그램 다이어그램입니다LM2576고정 - 출력 전압 버전. HV의 경우 7V -40V (60V) 조절되지 않은 DC ​​입력이 필요합니다. 주요 구성 요소에는 입력 커패시터 CIN (100μF), 인덕터 L1 (100μH), 자유 - 휠링 다이오드 D1 (1N5822) 및 출력 커패시터 Cout (10000μF)가 포함되어 있으며 3A 부하에 대한 +5V 조절 출력이 포함됩니다.

1.2-V ~ 55-V 조정 가능한 3-A 전원 공급 장치가 낮은 출력 잔물결

LM2576HV- 조정을 사용하여 1.2-55V 조정 가능한 3A 전원 공급 장치 회로입니다. 전압 조정을 위해 CIN (100μF), L1 (150μH), D1 (1N5822), Cout (2000μF) 및 R1/R2와 같은 구성 요소와 함께 55V 조절되지 않은 DC ​​입력이 필요합니다. 옵션 리플 필터 (20μh 인덕터 + 100μF 커패시터)는 출력 리플을 감소시킵니다.

역전 벅 부스트는 -12 v가 발생합니다

이것은 LM2576HV -Adj를 사용하여 반전 벅 - 부스트 회로입니다. +12 ~ +45V 규제되지 않은 DC ​​입력이 필요합니다. CIN (100μF), L1 (68μH), D1 (1N5822) 및 COUT (2200μF)와 같은 구성 요소는 칩과 작동하여 0.7A에서 조절 된 -12V 출력을 생성하여 전압 반전 및 조절을 가능하게합니다.

사용 방법LM2576?

1. 요구 사항 분석

먼저 입력 전압 범위, 출력 전압 값 및 최대 부하 전류를 결정하십시오. 예를 들어, 입력 전압이 7V에서 40V로 다양하고 최대 부하 전류가 1A 인 안정적인 5V 출력이 필요한 경우 적절한 LM2576 모델을 선택하십시오. 고정 - LM2576T -5.0과 같은 출력 모델은 간단한 응용 프로그램을 위해 선택할 수 있습니다. 조정 가능한 출력 요구의 경우 조정 가능한 버전이 더 적합합니다.

2. 구성 요소 선택

• 인덕터: 입력 및 출력 전압 및 52kHz 스위칭 주파수를 기반으로 필요한 인덕턴스 값을 계산하십시오. 일반적으로 33μh 인덕터는 공통적 인 선택이지만 포화 전류가 최대 출력 전류를 초과하고 DC 저항이 낮도록합니다.

• 커패시터: 리플 요구 사항에 따라 입력 및 출력 커패시터를 선택하십시오. 입력 커패시터 C1은 종종 10μF 전해 커패시터와 0.1μF 세라믹 커패시터를 결합하여 입력 노이즈를 필터링합니다. 출력 커패시터 C2는 100μF 전해 커패시터와 0.1μF 세라믹 커패시터를 사용하여 출력 리플을 줄입니다.

• 무료 - 휠링 다이오드: 1N5822와 같은 적절한 다이오드를 선택하십시오. 역전 전압 전압은 최대 입력 전압보다 높아야하며, 전방 등급은 출력 전류 수요를 충족해야합니다.

3. 회로 설계 및 PCB 레이아웃

일반적인 응용 프로그램 회로에 따라 상세 회로 회로도를 그립니다. PCB를 배치 할 때 전원 경로를 신호 경로에서 분리하십시오. 저항과 인덕턴스를 줄이기 위해 전원 경로는 짧고 두껍게해야합니다. 신뢰할 수있는 접지를 위해 단일 포인트 접지 또는 접지 비행기를 사용하십시오. -220 패키지의 경우, 고급 전원 응용 분야에서 방열판을위한 충분한 공간을 예약하십시오.

4. 디버깅 및 테스트

프로토 타입을 만들면 출력 전압, 잔물결 및 효율성을 테스트하십시오. 출력 전압이 불안정하거나 잔물결이 너무 커지면 가능한 간섭 또는 잘못된 선택을 위해 구성 요소 연결, 구성 요소 값 및 PCB 레이아웃을 점검하고 적시 조정하십시오.

일반적인 문제 문제 해결

과도한 출력 잔물결: 이는 출력 커패시터 용량, 부적절한 커패시터 유형 또는 배선으로 인해 발생할 수 있습니다. 낮은 등가 직렬 저항 (ESR)을 가진 커패시터를 사용하여 출력 커패시터의 용량을 늘리거나 배선을 최적화하여 전원 경로 및 신호 경로를 단축하십시오.
불안정한 전압: 피드백 회로의 간섭, 인덕터 또는 커패시터의 부적절한 선택 또는 입력 전압의 과도한 변동으로 인해 발생할 수 있습니다. 피드백 핀의 배선이 합리적인지 확인하거나 적절한 인덕터 및 커패시터로 교체하거나 입력 끝에 필터 회로를 추가하여 입력 전압을 안정화시킵니다.
낮은 효율성: 이는 프리 휠링 다이오드의 과도한 순방향 전압 강하, 인덕터의 과도한 DC 저항 또는 스위칭 트랜지스터의 과도한 온 저항으로 인해 발생할 수 있습니다. 낮은 전압 강하, DC 저항이 낮은 인덕터가있는 Schottky Diodes를 사용하거나 칩이 정상 스위칭 주파수에서 작동하는지 확인하십시오.

LM2576에 대한 동등한 수준

LM1117
유형 및 전압 조절 모드 : 낮은 드롭 아웃 선형 레귤레이터 (LDO). 내부 트랜지스터의 전압 강하를 조정하여 출력 전압을 안정화시킵니다. 스위칭 조절기와 비교하여 출력 전압 리플이 더 적습니다.
출력 전압 : 1.8V, 2.5V, 3.3V 등과 같은 다양한 고정 출력 전압 버전으로 제공됩니다. 조정 가능한 버전도있어 외부 저항을 통해 출력 전압을 설정할 수 있으며 출력 전압 범위는 일반적으로 1.25V -5V입니다.
출력 전류 : 일반적인 출력 전류는 800MA이며 일부 향상된 버전은 1A에 도달 할 수 있습니다. 전력 노이즈에 민감한 회로 및 마이크로 컨트롤러 시스템 및 오디오 회로와 같은 작은 하중 전류에 적합합니다.
드롭 아웃 전압 특성 : 드롭 아웃 전압은 낮습니다. 일반적으로 전체 부하에서 약 1.2V 정도입니다. 그것의 효율은 일반 선형 조절기의 효율보다 높지만 스위칭 조절기의 효율보다 낮습니다.
CS51411
유형 및 전압 조절 모드 : 일반적으로 PWM (펄스 폭 변조)을 사용하여 출력 전압을 조정하여 높은 변환 효율을 달성 할 수있는 스위칭 조정기에 속합니다.
출력 전압 : 출력 전압의 조정 가능한 범위가 넓어 다양한 전압 요구 사항을 충족하고보다 복잡한 전원 공급 장치 설계 시나리오에 적응할 수 있습니다.
출력 전류 : 출력 전류 기능이 강하고 전력 요구 사항이 높은 회로에 적합한 큰 하중 주행 용량을 제공 할 수 있습니다.
기타 특성 : 일반적으로 과전류 보호, 과전압 보호 및 온도 보호와 같은 여러 보호 기능과 통합됩니다. 또한 빠른 일시적 응답 기능이 빠르게 부하의 빠른 변화에 대처할 수 있습니다.
LM723
유형 및 전압 조절 모드 : 적절한 외부 회로 구성을 통해 양의 전압 조절기 또는 음의 전압 조절기로 사용할 수있는 일반 목적 선형 전압 조절기입니다. 오류 증폭 및 피드백 제어를 통해 출력 전압을 안정화시킵니다.
출력 전압 : 출력 전압 조정 범위는 2V에서 37V까지 넓고 출력 전압은 외부 저항 네트워크를 통해 유연하게 설정할 수 있습니다.
출력 전류 : 자체 출력 전류 기능은 일반적으로 수십 Milliamperes 주위에 제한되지만 외부 전력 트랜지스터를 연결하여 더 큰 하중을 구동하여 출력 전류를 확장 할 수 있습니다.
응용 시나리오 : 유연성으로 인해 종종 실험실 전원 공급 장치, 산업 제어 장비 및 전압 조절 정확도에 대한 특정 요구 사항이 있고 특히 큰 부하 전류가없는 기타 경우에 사용됩니다.
LM7912
유형 및 전압 조절 모드 : 3- 말단 고정 음성 전압 조절기. 입력 DC 전압을 안정적인 -12V 출력 전압으로 변환하고 내부 회로 조정을 통해 출력 전압을 안정적으로 유지할 수 있습니다.
출력 전압 : 조정 불가능한 -12V의 고정 출력.
출력 전류 : 최대 출력 전류는 일반적으로 1A이며, 이는 음의 전원 공급 장치가 필요한 일부 회로를 충족하고 작동 증폭기의 음의 전원 공급 장치와 같이이 범위 내에서 전류 수요를 갖는 회로를 충족시킬 수 있습니다.
애플리케이션 시나리오 : 오디오 전원 증폭기 회로와 같은 안정적인 -12V 전원 공급 장치가 필요한 전자 장치에서 종종 관련 칩에 대한 음의 전원 공급 장치를 제공합니다.

LM2576패키지 정보

LM2576은 여러 주요 패키지 유형으로 제공됩니다.

TO-220 패키지 (LM2576T): 이것은 히트 싱크를 통해 냉각에 적합한 열 소산 성능이 우수한 일반적으로 사용되는 통로 패키지입니다. 핀 레이아웃은 명확하여 수동 납땜 및 설치를 용이하게합니다.

TO-263 패키지: 자동화 된 생산에 이상적인 표면 마운트 패키지. PCB 공간이 적지 만 TO-220 패키지에 비해 열산 소실 성능이 약간 열등합니다.

다른 패키지마다 열 저항 매개 변수가 다양합니다. TO-220 패키지의 정션 대 반면 열 저항은 일반적으로 약 60 ° C/W (히트 싱크없이)이며, 이는 히트 싱크를 추가하여 상당히 감소시킬 수 있습니다. 열 솔루션을 설계 할 때는 칩의 전력 소비 및 운영 주변 온도를 기반으로 적절한 히트 싱크 크기와 유형을 선택하여 칩의 정션 온도가 지정된 범위 내에 남아 있는지 확인해야합니다.

LM2576 데이터 시트

LM2576 Datasheet.pdf

결론

결론적으로LM2576스텝 다운 전압 조절 영역에서 시대를 초월하고 신뢰할 수있는 솔루션으로, 효율성, 다양성 및 디자인 용이성의 균형을 잡습니다. 광범위한 입력 범위, 유연한 출력 옵션 및 강력한 보호 메커니즘은 산업 제어에서 자동차 및 소비자 전자 제품에 이르기까지 다양한 응용 분야의 필수 요소가됩니다.
컴팩트 한 전원 모듈을 설계하는 엔지니어이든, 배터리 구동 장치를 프로토 타이핑하고, 기능을 이해하고, 작동 원칙을 이해하고, 디자인 뉘앙스는 잠재력을 최대한 발휘할 수 있습니다. 최신 조절기는 더 높은 주파수 또는 더 작은 발자국을 제공 할 수 있지만 LM2576은 입증 된 성능 및 접근성을위한 선택으로 남아 있습니다.
구성 요소 선택에서 PCB 레이아웃에 이르기 까지이 안내서의 통찰력을 활용하여 기능을 활용하여 안정되고 효율적인 전력 시스템을 구축 할 수 있습니다. 기술이 발전함에 따라 LM2576의 레거시는 전력 관리의 지속적인 가치에 대한 증거를 견뎌냅니다.