直流降壓調(diào)節(jié)器 HYM2596

1、直流降壓調(diào)節(jié)器HYM2596一、概述和特點(diǎn)HYM2596是一個(gè)可以提供各種降壓調(diào)節(jié)功能的單片集成電路，能夠輸出3A的驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)， 有很好的線性且負(fù)載可調(diào)節(jié)。可以輸出3.3V、5V、12V的固定電壓和可調(diào)節(jié)的小于40V的各種電壓。該器件只需4個(gè)外接元件，內(nèi)置頻率補(bǔ)償和一個(gè)固定頻率發(fā)生器，所以使用非常簡(jiǎn)便。由于該器件 工作在150kHz的開(kāi)關(guān)頻率下，所以，不像在低頻率開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器中那樣，它可以使用更小規(guī)格的濾波元件。 其封裝形式包括標(biāo)準(zhǔn)的5腳TO-220封裝（管腳的彎曲方式有好幾種）和5腳TO-263表面貼封裝。從幾個(gè)不同的生產(chǎn)廠家都可以買(mǎi)到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)系列的電感，這更優(yōu)化了 HYM2596的使用，

2、這個(gè)特 點(diǎn)極大地簡(jiǎn)化了開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)。該器件還有其他一些特點(diǎn)，包括：在特定的輸入電壓和輸出負(fù)載的條件 下，輸出電壓的誤差可以保證在4%，而振蕩頻率誤差為15%；外部斷電時(shí)，可以提供80|dA的備用電流; 自我保護(hù)電路（一個(gè)兩級(jí)降頻限流保護(hù)和一個(gè)在異常情況下斷電的過(guò)溫完全保護(hù)電路）特點(diǎn)：5V的固定電壓，輸出精確穩(wěn)定封裝形式：TO-220和TO-2633A的輸出電流需要外接元件少輸出線性好且負(fù)載可調(diào)節(jié)內(nèi)部振蕩器可輸出150kHz的固定頻率TTL斷電能力低功耗模式，/的典型值為80A高效率使用容易買(mǎi)到的標(biāo)準(zhǔn)電感過(guò)熱保護(hù)和限流保護(hù)功能二、管腳功能管腳序號(hào)符號(hào)描述1VINHYM2596的正電源輸入端，該

3、管腳必須加一個(gè)適當(dāng)?shù)呐月冯娙輥?lái)減小暫態(tài)電壓，同 時(shí)為HYM2596提供開(kāi)關(guān)電流。2Output內(nèi)部開(kāi)關(guān)管輸出端，該管腳上的電壓可在（+V in-Vsat）和-0.5V （大約）間轉(zhuǎn)換。 為了減小耦合，PCB上連接到該腳上的銅線區(qū)域要盡量小。3GND接地端4Feedback該管腳把輸出端的電壓反饋到閉環(huán)反饋回路。5ON/OFF該管腳的電壓下拉到低于大約1.3V時(shí)，HYM2596就被打開(kāi)；而上拉到高于1.3V（最 大到25V）時(shí)，HYM2596就被關(guān)斷。如果不使用該功能，可以把該管腳接地或開(kāi)路， 在任何一種情況下，HYM2596都處于打開(kāi)的狀態(tài)。三、極限參數(shù)參數(shù)名稱數(shù)值范圍單位最大輸入電源電壓45

4、V-ON/OFF腳輸入電壓-0.325V反饋腳電壓-0.325V到地地輸出電壓-1V功耗內(nèi)部限定四、電氣特性當(dāng)輸出電壓為5V時(shí)，負(fù)載電流0.2AW I,W3A, 7VWvrM W40V時(shí)輸出電壓最小為4.750V，最大為5.250V符合I/O采集標(biāo)準(zhǔn)。響INHYM2596效率圖如圖一所示：圖一、HYM2596效率圖由圖可知當(dāng)輸入電壓為27V時(shí)，芯片的轉(zhuǎn)換效率為82%,可知HYM2596轉(zhuǎn)換效率高，損失的能量少。五、HYM2596設(shè)計(jì)步驟1、電感的選擇（L1）1）按圖5所示的電感選擇方法選擇輸出為5V時(shí)的電感。2）由圖5可見(jiàn)，電壓為12V的水平線和電流為3A的垂直線的交叉區(qū)域所對(duì)應(yīng)的電感值為33

5、H，代號(hào)為L(zhǎng)40。3）所需的電感值為33 四，從表8中L40那行所列的4個(gè)廠家的電感中選擇一個(gè)電感（通 常，表面貼和只插的電感都有）。2、輸出電容的選擇（Cut）1） 從表2所示的快速設(shè)計(jì)器件選擇中，先選擇輸出電壓為5V的那幾行，在負(fù)載電流列中，選擇一條 與你應(yīng)用中所需電流最接近的電流線，在本例中，選擇3A的電流線。在最大輸入電壓列中，選擇一條與 你應(yīng)用中所需輸入電壓最接近的電壓線，在本例中，選擇15V所對(duì)應(yīng)的電壓線。在這條線上所列的就是使 用效果最好的電感和電容。電容列中包括4個(gè)不同廠家的直插的電解電容和表面貼的鉭電容：330MF/35V 松下HFQ系列，330 MF/35V尼古拉廝PL系列

6、。2） 輸出電壓為5V時(shí)，電容的耐壓值至少應(yīng)為7.5V或更高。但是，即使在低等效電阻下和 開(kāi)關(guān)級(jí)，220 MF/10V的鋁電解電容也會(huì)產(chǎn)生大約225。的等效阻抗，這么大的等效電阻會(huì)在輸出端產(chǎn)生 相對(duì)高的輸出紋波電壓。要把紋波電壓降到輸出電壓的1%或更低，就需要選擇一個(gè)耐壓值（低等效電阻 的）更高或容值更高的電容。一個(gè)16V或25V的電容幾乎可以把紋波電壓降到原來(lái)的一半。3、吸納二極管的選擇（D1）參考圖11。在這個(gè)例子中，5A/20V的肖特級(jí)二極管IN5823可以產(chǎn)生很好的效果，而且， 在輸出短路的情況下，也不會(huì)過(guò)載。4、 輸入電容的選擇（C）輸入耐壓和電流均方根是輸入電容的重要參數(shù)。如果輸入

7、電壓是12V，那么，鋁電解電容的耐壓值要 大于18V（1.5xV應(yīng)），下一個(gè)更高的電容耐壓值為25V。在調(diào)節(jié)器中輸入電容的電流均方根大約是直流 負(fù)載電流的一半，在本例中，負(fù)載電流為3A，那么輸入電容的電流均方根至少為1.5A，利用圖12所示 的曲線圖可以選擇合適的電容。在曲線圖中，35V的電壓線所對(duì)應(yīng)的電流均方根值大于1.5A的電容為680 pF，于是，我們就可以選出一個(gè)680 MF/35V的電容。對(duì)于選擇直插元件的設(shè)計(jì)，680 pF/35V 的 電解電容就足夠了，其它種類(lèi)或其他廠家的電容可以用來(lái)提供足夠的均方根紋波電流。對(duì)于選擇表面貼元 件的設(shè)計(jì)，可以選用固態(tài)鉭電容，但是，要注意的是，必須測(cè)

8、試電容的浪涌電流值A(chǔ)VX公司的TPS系 列及SPRAGUE公司的593D系列的器件的浪涌電流值都經(jīng)過(guò)測(cè)試了。5、閥值啟動(dòng)電路考慮到測(cè)試信號(hào)到來(lái)時(shí)測(cè)試信號(hào)的電壓不確定，為了保證到來(lái)的測(cè)試信號(hào)電壓為27V，特別增加此閥 值啟動(dòng)電路，保證信號(hào)的正確性。選取開(kāi)關(guān)二極管Z1反向擊穿電壓為24v，反向工作電壓最大為12v，當(dāng)27v信號(hào)到來(lái)時(shí)，Z1反向擊穿， 導(dǎo)通工作，Z1電壓降到9V左右，三極管Q1飽和，集電極和射極電壓相同，HYM2596的5端電壓被拉低到 1.3v以下，HYM2596開(kāi)始工作。只有當(dāng)Z1上的分壓大于它的擊穿電壓的時(shí)候，電路才會(huì)工作。從測(cè)試接口來(lái)的電壓信號(hào)，在導(dǎo)彈上都是將彈上的27V的電

9、壓轉(zhuǎn)接而來(lái)的，所以只要彈上電壓正常， 測(cè)試信號(hào)電壓也會(huì)正常。彈上電壓由程控?cái)?shù)字電壓表測(cè)得，只要數(shù)字電壓表測(cè)試正常，可以保證測(cè)試信號(hào) 的電壓。六、使用說(shuō)明1 .外接元器件輸入電容c N這是一個(gè)加在輸入端和地之間地低等效電阻的鋁和鉭旁路電容。必須通過(guò)短導(dǎo) 線靠近HYM2596，這個(gè)電容可以防止在輸入端出現(xiàn)過(guò)大的瞬態(tài)電壓，同時(shí)為HYM2596在每次 開(kāi)關(guān)時(shí)提供瞬態(tài)電流。對(duì)輸入電容而言，最重要的參數(shù)是耐壓和均方根電流。由于在開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器（HYM2596 ）的輸入電容流過(guò)相對(duì)較高的均方根電流，所以，是以均方根電流而不是以電容 值或耐壓值為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇輸入電容。可以把電容的均方根電流范圍看作時(shí)電容的功率范圍，

10、即 均方根電流流過(guò)電容內(nèi)部的等效電阻產(chǎn)生的功率而是電容的溫度上升。電容的均方根電流是由 產(chǎn)生使內(nèi)部溫度高于環(huán)境溫度（105C） 10C所需熱量的電流值來(lái)決定的。電容把熱量散發(fā)到周 圍環(huán)境中的能力將決定電容可以安全工作的最大電流。表面大的電容的均方根電流范圍也較大。對(duì)于給定的電容值，在體積上，高電壓的電解電容要大于低電壓的電解電容，這樣就有利于把 更多的熱量散發(fā)到周?chē)沫h(huán)境中去，同樣，它的均方根電流范圍也更大。使電解電容在高于均 方根電流的情況下工作，會(huì)縮短它的工作壽命，高溫會(huì)加速電容電解液的蒸發(fā)，最終導(dǎo)致電容 的損壞。在選擇電容時(shí)，要參照生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)標(biāo)上的最大均方根紋波電流。在最大環(huán)境

11、溫度為40C時(shí)，一般要選擇一個(gè)最大均方根紋波電流為直流負(fù)載電流的0.5倍的電容。當(dāng)環(huán)境 溫度達(dá)到70C時(shí)，最好選擇最大均方根紋波電流為直流負(fù)載的0.75倍的電容，而電容的耐壓 值至少要高于最大輸入電壓的1.25倍，有時(shí)為了滿足均方根電流的需要，常常選擇耐壓值更高 的電容。圖12示出了電解電容耐壓值、電容值和均方根電流之間的關(guān)系。這些曲線包括了設(shè)計(jì) 有關(guān)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的應(yīng)用所需的低等效阻抗、高穩(wěn)定度的尼古拉廝PL系列的電解電容。其它的電 容廠家也提供了類(lèi)似的電容，但是，使用時(shí)一般要檢查其電容數(shù)據(jù)表。標(biāo)準(zhǔn)的電解電容一般 等效阻抗高，均方根電流低，壽命短。由于尺寸小、性能好，所以，一般使用表面貼固態(tài)鉭電

12、 容作為輸入旁路電容，但是，有幾點(diǎn)必須實(shí)現(xiàn)預(yù)防。當(dāng)超過(guò)所能承受的突變電流時(shí)，有一小部 分固態(tài)鉭電容會(huì)倍擊穿。有幾個(gè)電容廠家對(duì)其全部產(chǎn)品做了浪涌電流檢查，以使這些潛在的問(wèn) 題達(dá)到最少。如果需要高的啟動(dòng)電流時(shí)，就要在鉭電容前面加一些電阻和電感，或選擇耐壓值 高的電容。對(duì)鋁電解電容，均方根紋波電流必須達(dá)到負(fù)載電流那么大。輸出電容（C out）:這個(gè)電容是用來(lái)對(duì)輸出濾波以及提高環(huán)路的穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的 應(yīng)用中，必須使用小阻抗或低等效電阻的電解電容或固態(tài)鉭電容，在選擇輸出電容時(shí)，幾個(gè)中重要的參數(shù)是：100kHz的等效阻抗最大紋波電流均方根值耐壓值電容值等效電阻是最主要的參數(shù)。輸出電容的等效電阻值

13、是一個(gè)上限和一個(gè)下限，如果需要輸出電壓的紋波電壓小時(shí)，則希望輸出電容的等效電阻值小些，這個(gè)值由可容許的最大紋波電壓決定， 一般是輸出電壓的1%2%，但是，如果輸出電容的等效電阻值太小，就有可能使反饋環(huán)路不 穩(wěn)定，最終導(dǎo)致輸出端起振，使用表中所列的電容或相類(lèi)似的電容，在任何情況下，設(shè)計(jì)方案 都是合理的。鋁電解電容的等效電阻值與其電容值和耐壓值有關(guān)，在許多情況下，電解電容的耐壓值低 則其等效電阻就?。ㄒ?jiàn)圖13），通常，在需要輸出紋波電壓小、等效阻抗低的情況下，要選用 耐壓值高的電解電容。許多不同的額開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)中，只需要三、四中電容值或幾種不同的 耐壓值的輸出電容就可以滿足設(shè)計(jì)要求。在溫度低于-

14、25 r時(shí)，建議不要使用電解電容，因?yàn)榈?溫下電解電容的等效電阻值會(huì)急劇增加，見(jiàn)圖14。由于固態(tài)鉭電容在溫度低于-25C時(shí)等效電 阻很好，所以，建議在溫度低于-25 C時(shí)，要使用固態(tài)鉭電容。吸納二極管：在HYM2596的應(yīng)用（調(diào)節(jié)器）中，需要一個(gè)吸納二極管來(lái)為電感電流（當(dāng)開(kāi)關(guān) 閉合時(shí)）提供通路，這必須是一個(gè)快速二極管且要靠近 HYM2596,管腳要短，相連的導(dǎo)線也要 短。由于肖特級(jí)二極管開(kāi)關(guān)速度快、正向壓降小，所以，使用中其性能很好，特別是在輸出電 壓低的應(yīng)用中（5V或更低）。超快恢復(fù)或高效整流二極管在使用中性能也很好，但在突然關(guān)閉 時(shí)，可能會(huì)引起不穩(wěn)定或電磁干擾。電感的選擇：所有的調(diào)節(jié)其都有

15、兩種基本工作方式：連續(xù)型和非連續(xù)型，兩者之間的區(qū)別在 于流過(guò)電感的電流的不同，或者是連續(xù)流過(guò)，或者是在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后變?yōu)?。 每一種工作模式都有可以影響調(diào)節(jié)器性能和需求的不同特點(diǎn)。當(dāng)負(fù)載電流很小時(shí)，許多設(shè)計(jì)中 都采用非連續(xù)模式。HYM2596既可以用于連續(xù)型也可以用于非連續(xù)型，在多數(shù)情況下，人們喜 歡用連續(xù)模式，它能夠提供更大的輸出功率，同時(shí)，峰值開(kāi)關(guān)電流、電感電流、二極管電流和輸出紋波電壓很小，但是，這就需要更大的電感以維持流過(guò)電感中的電流的連續(xù)性，尤其是在 輸出伏在電流小或輸入電壓很大的情況下。為了簡(jiǎn)化選擇電感的過(guò)程，請(qǐng)參閱圖4圖8。這是 在假定調(diào)節(jié)器工作于連續(xù)模式，并且電感

16、的紋波電流的峰峰值為設(shè)計(jì)的最大輸出電流的某個(gè)百分?jǐn)?shù)，這個(gè)電感紋波電流峰峰值的百分?jǐn)?shù)不是固定的，它可以隨著不同的負(fù)載電流而改變。如 圖15所示。當(dāng)工作在連續(xù)模式時(shí)，電感電流波形從三角波到鋸齒波變化（有輸入電壓決定）， 而電流波形的平均值等于輸出的直流負(fù)載電流。非連續(xù)工作模式：以上所講的電感選擇方式只適用于連續(xù)工作模式，而對(duì)于低電流或/和高 輸入電壓的情況下，非連續(xù)模式就是更好的選擇。在這種情況下所需的電感尺寸更小，而電感 值只需要連續(xù)模式的1/21/3，在非連續(xù)模式下，峰值開(kāi)關(guān)電流和電感電流會(huì)更高些，但是在 這種低負(fù)載電流（1A或小于1A）的情況下，最大的開(kāi)關(guān)電流仍小于極限開(kāi)關(guān)電流。非連續(xù)工作

17、模式的電壓波形和連續(xù)工作模式的電壓波形有很大的區(qū)別，在輸出腳波形上有較弱的正弦噪音 存在，但是，對(duì)非連續(xù)工作模式而言，這是這個(gè)正常的，并不是由反饋環(huán)路的不穩(wěn)定所引起的。 在非連續(xù)工作模式下，有一段時(shí)間內(nèi)開(kāi)關(guān)管和二極管都不工作，電感電流降到了 0，在這段時(shí) 間內(nèi)，有少量的能量在電感和開(kāi)關(guān)管/二極管之間流通，同時(shí)由寄生電容引起了噪音，通常情況 下，這不會(huì)成為問(wèn)題，除非放大倍數(shù)足夠大以至于使它超過(guò)了輸入電壓，即便如此，也只有很 小的能量損耗。不同的電感類(lèi)型或不同的磁心材料會(huì)造成不同程度的噪音，磁心為鐵素體的電 感，由于其磁心損耗很小，于是造成了很大的噪音，而磁心損耗很大的鐵芯電感造成的噪音反 而很小

18、。如果需要，可以給電感加一些RC網(wǎng)絡(luò)（與電感并聯(lián)）以抑制噪音。輸出紋波電壓和暫態(tài)電壓：工作在連續(xù)模式下的開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓可能會(huì)在開(kāi)關(guān)頻率上包 含一些鋸齒波電壓，而在鋸齒波的峰值上可能會(huì)含有一些短毛刺。輸出紋波電壓是由電感的紋 波電流和電容的等效電阻引起的，典型的輸出紋波電壓可以從輸出電壓的0.5%到3%，要獲得 小的紋波電壓，輸出電容的等效電阻一定要小，但是，當(dāng)使用等效電阻極小的輸出電容時(shí)，一 定要注意這可能會(huì)影響反饋環(huán)路的穩(wěn)定性，并最終導(dǎo)致輸出端的震蕩問(wèn)題。如果希望輸出紋波電壓很?。ǖ陀?0mV），則推薦使用后置紋波濾波器，所需電感的典型置為1H5 MHo也需 要低等效阻抗的輸出濾波電容以

19、確保良好的動(dòng)態(tài)負(fù)載響應(yīng)和紋波抑制，電壓毛刺是由輸出開(kāi)關(guān) 管和二極管的快速開(kāi)關(guān)、輸出濾波電容的寄生電感以及與此相關(guān)的導(dǎo)線等引起的。要降低這些 電壓毛刺，就要用專門(mén)的適合于開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的電容，同時(shí)，它的管腳一定要短。環(huán)線電感、分 布式電容以及用于測(cè)量暫態(tài)電壓的示波器探針都會(huì)引起毛刺電壓。當(dāng)調(diào)節(jié)器工作于連續(xù)模式時(shí)， 電感嗲流波形從三角波變化到鋸齒波（有輸入電壓決定）。對(duì)一個(gè)給定的輸入和輸出電壓，電感 電流波形的峰峰值就是一個(gè)常數(shù)，隨著負(fù)載電流的升或降，電流的鋸齒波也會(huì)升或降，電流波 形的平均值等于直流負(fù)載電流值。如果負(fù)載電流降到足夠的低，電流鋸齒波的波谷就變?yōu)?， 調(diào)節(jié)器（開(kāi)關(guān)電源）就可以在連續(xù)和非連續(xù)之間轉(zhuǎn)化。在開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)