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直流降压调节器HYM2575 - 1 -
武汉昊昱微电子有限公司
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直流降压调节器HYM2575
一.概述及特点
HYM2575系列调节器是单片集成电路,它可以提供降压转换器(Buck)的功能,它同时具有
驱动1A负载电流,且有着极好的线性和负载调节特性.HYM2575系列器件包括固定3.3V,5V,
12V,15V输出版本和可调输出版本.
HYM2575使用起来非常简单,只需几个外接元件,它内部已经集成频率补偿和一个固定频率
振荡器.
HYM2575系列高效率的特性完全可以替代常用的三端线性调节器.它的高效率可以最大限度
的减小散热片的尺寸,在某些情况下可以不加散热片.
标准的系列电感可以从很多不同的厂家购买,这些特性最大程度的简化了开关电源的设计.在
特定输入和输出负载的条件下,HYM2575的输出可以保证±4%的精度容差,以及±10%的内部振荡
频率容差.HYM2575同时具有外部的关断引脚,50 A(典型)的关闭静态电流.HYM2575还具有
循环限流和过温关断功能.
特点
● 3.3V,5V,12V,15V和可调输出版本
● 可调版本输出电压范围:1.23V～37V(HV版本到57V)±4%
● 1A的输出电路
● 宽电源输入3V～40V,HV版本可以到60V
● 只需要4个外接元件
● 52KHz固定内置频率振荡器
● TTL电平关断,低功耗备用模式
● 高效率
● 过热关断和限流保护
● 完全兼容LM2575
直流降压调节器HYM2575 - 2 -
应用
● 简单高效率降压调节器
● 高效率的线性前级转换器
● 卡式开关调节器
● 正电压到负电压转换器(Buck-Boost)
二.方框图和管脚图
图1.内部方框图
图2.管脚图
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三.绝对最大值
参数名称 数值范围 单位
HYM2575 45 V
最大供电电压
HYM2575HV 63 V
/OFFON脚输入电压 -0.3≤V≤+VIN V
功率消耗 内部限制
存储温度范围 -65～+150 C
最小静电范围 2k V
焊接温度(10秒) 260 C
最大结温 150 C
工作温度范围 -40～+125 C
四.电特性
HYM2575-3.3,HYM2575HV-3.3
电特性
HYM2575-3.3
HYM2575HV-3.3 符号 参数 条件
最小 典型 最大
单位
系统参数(注释3)测试电路如图3
VOUT输出电压 VIN=12V,ILOAD=0.2A(如图3) 3.234 3.3 3.366 V
VOUT输出电压
HYM2575
4.75V≤VIN≤40V,0.2A≤ILOAD≤1A
(如图3)
3.168/
3.135
3.3 3.432/
3.465
V
VOUT输出电压
HYM2575HV
4.75V≤VIN≤60V,0.2A≤ILOAD≤1A
(如图3)
3.168/
3.135
3.3 3.450/
3.482
V
η 效率 VIN=12V,ILOAD=1A 75 %
HYM2575-5.0,HYM2575HV-5.0
电特性
HYM2575-5.0
HYM2575HV-5.0 符号 参数 条件
最小 典型 最大
单位
系统参数(注释3)测试电路如图3
VOUT输出电压 VIN=12V,ILOAD=0.2A(如图3)4.900 5.0 5.100 V
VOUT输出电压
HYM2575
8V≤VIN≤40V,0.2A≤ILOAD≤1A
(如图3)
4.800/
4.750
5.0 5.200/
5.250
V
VOUT输出电压 8V≤VIN≤60V,0.2A≤ILOAD≤1A 4.800/ 5.0 5.225/ V
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HYM2575HV (如图3) 4.750 5.275
η 效率 VIN=12V,ILOAD=1A 77 %
HYM2575-12,HYM2575HV-12
电特性
HYM2575-12
HYM2575HV-12 符号 参数 条件
最小 典型 最大
单位
系统参数(注释3)测试电路如图3
VOUT输出电压 VIN=25V,ILOAD=0.2A(如图3) 11.76 12 12.24 V
VOUT输出电压
HYM2575
15V≤VIN≤40V,0.2A≤ILOAD≤1A
(如图3)
11.52/
11.40
12 12.48/
12.60
V
VOUT输出电压
HYM2575HV
15V≤VIN≤60V,0.2A≤ILOAD≤1A
(如图3)
11.52/
11.40
12 12.54/
12.66
V
η 效率 VIN=15V,ILOAD=1A 88 %
HYM2575-15,HYM2575HV-15
电特性
HYM2575-15
HYM2575HV-15 符号 参数 条件
最小 典型 最大
单位
系统参数(注释3)测试电路如图3
VOUT输出电压 VIN=30V,ILOAD=0.2A(如图3) 14.70 15 15.30 V
VOUT输出电压
HYM2575
18V≤VIN≤40V,0.2A≤ILOAD≤1A
(如图3)
14.40/
14.25
15 15.60/
15.75
V
VOUT输出电压
HYM2575HV
18V≤VIN≤60V,0.2A≤ILOAD≤1A
(如图3)
14.40/
14.25
15 15.68/
15.83
V
η 效率 VIN=18V,ILOAD=1A 88 %
HYM2575-ADJ,HYM2575HV-ADJ
电特性
HYM2575-ADJ
HYM2575HV-ADJ 符号 参数 条件
最小 典型 最大
单位
系统参数(注释3)测试电路如图3
VOUT反馈电压 VIN=12V,ILOAD=0.2A
VOUT=5V (如图3)
1.217 1.230 1.243 V
VOUT反馈电压
HYM2575
8V≤VIN≤40V,0.2A≤ILOAD≤1A
VOUT=5V,(如图3)
1.193/
1.180
1.230 1.267/
1.280
V
VOUT反馈电压
HYM2575HV
8V≤VIN≤60V,0.2A≤ILOAD≤1A
VOUT=5V,如图3)
1.193/
1.180
1.230 1.273/
1.286
V
η 效率 VIN=12V,ILOAD=1A 77 %
所有输出电压版本
电特性
直流降压调节器HYM2575 - 5 -
HYM2575-XX
HYM2575HV-XX 符号 参数 条件
最小2典型 最大2
单位
器件参数
Ib反馈偏置
电流
VOUT=5V (仅限于可调版本) 50 100/500 nA
fO振荡频率 (注释11) 47/42 52 58/63 KHz
VSAT饱和电压 IOUT=1A(注释4) 0.9 1.2/
1.4
V
DC 最大占空
比
(注释5) 93 98 %
ICL限流参数 (注释4和11) 1.7/1.3 2.2 3.0/3.3 A
IL输出峰值
电流
(注释6和7) 输出=0V
输出=-1V
输出=-1V
7.5
2
30
A
IQ静态电流 (注释6) 5 10 mA
ISTBY备份静态
电流
/OFFON脚=5V(关断) 50 200 A
θJA
θJA
θJC
θJA
热阻抗 直插封装,结到环境(注释8)
直插封装,结到环境(注释9)
直插封装,结到结
贴片封装,结到环境(注释8)
65
45
2
37
C/W
/OFFON控制(测试电路如图3)
VIHVOUT=0V 2.2/2.4 1.4 V
VIL
/OFFON脚
逻辑输入
电平
VOUT=实际输出电压 1.2 1.0/0.8 V
IIH/OFFON脚=5V(关断) 12 30 A
IIL
/OFFON脚
输入电流 /OFFON脚=0V(开启) 0 10 A
注释1:绝对最大值限定了器件的使用极限,如果超过极限值可能会损坏器件.
注释2:所有的极限参数可以在室温下(标准字体)和极限温度下(加粗字体)保证.所有的室温限制经过了100%
的生产测试.所有的极限温度测试是通过使用标准统计品质的方法来统计的.
注释3:外部元件,比如像续流二极管,电感,输入和输出电容会影响到开关调节器的性能.当HYM2575/HYM2575HV
应用在如图3的测试电路中时,系统性能参数和电特性表里是对应的.
注释4:输出不接二极管,电感,电容.
注释5:反馈脚和输出断开,接地.
注释6:反馈脚和输出断开,连接到+12V来调节电压3.3V和5V版本,连接到+25V来调节12V和15V版本,这样做
可以强制输出晶体管关断.
注释7:Vin=40V(HV版本VIN=60V)
注释8:对于TO-220表贴封装的结到环境的热阻抗(未接外部散热片),同时有1/2英寸引脚在插槽里或者是PCB
上.
注释9:对于TO-220表贴封装的结到环境的热阻抗(未接外部散热片),同时有1/2英寸引脚被焊接在PCB上,包
括了大约4平方英寸的敷铜.
注释10:如果是TO-263的封装,热阻抗可以通过PCB敷铜面的加大而减小.使用0.5平方英寸的敷铜面积,θJA的值
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就是50 C/W,如果是1平方英寸的敷铜层,θJA的值就是37 C/W,如果使用1.6平方英寸或更大面积的敷铜层,θJA的
值就是32 C/W.
注释11:振荡频率在输出短路或过载而导致输出电压下降40%的情况下,频率大约会下降11KHz.自我保护电路会
通过减小占空比来降低功耗,占空比从5%大约降到2%.
五.典型性能参数
标准化输出电压 线性调节器 漂移电压
电流限制 静态电流 关闭静态电流
振荡频率 开关饱和电压 效 率
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最小工作电压 静态电流和占空比 反馈电压和占空比
最大功率耗散(TO-263)(参见注释10) 反馈脚电流
开关波形 负载瞬态响应
VOUT=15V
A:输出脚电压,10V/div; B:输出脚电流,1A/div
C:电感电流,0.5A/div; D:输出纹波电压,20mV/div,交流耦合
水平时基:5 s/div
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六.测试电路
在任何开关调节器的设计中,布板都是非常重要的.导线电感上变化的瞬时开关电流会产生瞬 时电压,
这样会造成一些问题.对于最小的电感和地环路,导线的长度(尤其是用粗实线画出的)应该尽量的短.使用
单点接地或铺地的结构会得到比较好的效果.当使用可调版本时,尽量使分压电阻靠近芯片,这样可以使敏感
的反馈线路最短.
固定电压输出版本
可调电压输出版本
图3.测试电路和布板参考线
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七.HYM2575设计指导
1.固定电压输出版本设计
设定:
VOUT=固定输出电压(3.3V,5.0V,12V或15V)
VIN(最大)=最大输入电压
ILOAD(最大)=最大负载电流
电感的选择(L1)
A. 参见图4,5,6,7中选择正确的电感值(其中的输出电压分别是3.3V,5.0V,12V,15V).对于
其他的输出电压值,可以参考可调电压输出版本设计.
B. 从电感值选择指导看出,电感的取值范围是由VIN(最大值)和ILOAD来决定的,同时也要注意
选定电感范围的电感号.
C. 从电感号来确定电感值,然后从从图4中选择一个合适的电感.这里列出了四个厂家的电感
元件的型号.
输出电容选择(COUT)
A. 输出电容和电感一起构成了开关回路.为了得到稳定的工作和可以接受的纹波电压来说(大约
是输出电压的1%),推荐使用100 F到470 F的电容.
B. 输出电容的耐压值应至少是输出电压的1.5倍.比如一个5V的固定输出,那么至少是8V的
耐压值,所以这时就推荐使用10V或15V耐压的电容.
续流二极管的选择(D1)
A. 续流二极管的导通电流应至少是最大负载电流的1.2倍.同样,如果设计的电源需要能具备承
受连续输出短路的能力,那么该二极管的额定电流必须等于HYM2575最大限流.对于二极
管来说,最严重的情况就是输出过载或短路.
B. 二极管的反向耐压值应至少是输入电压的1.25倍.
输入电容的选择(CIN)
为了保证调节器的稳定工作,在输入端应接入一个旁路电容,可以选择铝电解电容或钽电容.
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固定电压输出举例
给定:
VOUT= 5.0V
VIN(最大)=20V
ILOAD(最大)=0.8A
电感的选择
A. 参看图5
B. 通过观察,可以看到20V和0.8A相交的电感区域是L330.
C. 查表得该电感号所对应得感值是330 H.可以选择PE52627,或者RL1952.
输出电容的选择(COUT)
A. COUT=100 F～470 F标准铝电解电容.
B. 耐压值为20V.
续流二极管的选择(D1)
A. 例如,1A的电流比较适合.
B. 使用一个30V 的1N5818或者 SR103肖特基二极管,或者任何在表9中建议使用的超快恢复二极管.
输入电容的选择(CIN)
一个47 F/25V的铝电解电容,放置位于输入脚和地附近,可以提供足够的滤波功能.
VIN(最大)=20V
ILOAD(最大)=0.8A
电感值选择参考(连续模式下工作)
图4.HYM2575(HV)-3.3 图5.HYM2575(HV)-12
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图6. HYM2575(HV)-5 图7.HYM2575(HV)-15
图8.HYM2575(HV)-ADJ
2.可调电压输出版本设计
设定:
VOUT=可调输出电压
VIN(Max)=最大输入电压
ILOAD(Max)=最大负载电流
F=开关频率(固定在52KHz)
可调电压输出(选择R1和R2,如图3)
使用如下的公式来选择合适的电阻值.
+=
1
2
1VVREFOUT
R
R
VREF=1.23V
R1在1K到5K之间.为了得到最好的温度系数和时间稳定性,请使用1%的金属薄膜电阻.
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=1
V
V
R1R2
REF
OUT
电感的选择(L1)
A. 计算电感电压和微秒的乘积,E●T(V● s),使用下面的公式:
()
FVIN
VOUT
VOUTVINTE
1000
= (V● s)
其中F的单位是KHz
B. 从上面的公式计算出E●T值,然后在图8的纵轴上找到对应的数值.
C. 在横轴上,选择最大的负载电流.
D. 通过E●T的值和最大负载电流值确定电感范围,同时记录下该范围所对应的电感号.
E. 通过电感号来确定具体的电感值,从图表9中选择合适的电感.这里列出了四个厂家的电感型号.
电感的选择还应考虑HYM2575的开关频率52KHz和通过的电流额定值1.15×ILOAD.其他信息请
参见本数据手册关于电感的专门叙述段落.
输出电容的选择(COUT)
A. 输出电容和电感一起组成了开关调节器环路.对于稳定的工作来说,输出电容必须满足下面的
公式:
()
()
() F
HLV
MaxV
7,785C
OUT
IN
OUT
≥
上面的公式计算出的电容值在10 F到2200 F之间,这就可以满足稳定环路可靠工作的需要.
但是要得到一个可以接受的输出纹波电压的话(大约是输出电压的1%)和瞬时响应,输出电容
需要是上述计算值的数倍.
B. 电容的耐压值应至少是输出电压的1.5倍.对
于一个10V输出的的调节器来说,电容的耐压值至少是15V.高耐压的电解电容通常都有较低
的ESR值,因此根据实际需要可以选择比需要耐压值更高一些的电容
续流二极管的选择(D1)
A. 续流二极管的导通电流应至少是最大负载电流的1.2倍.同样,如果设计的电源需要能具备承
受连续输出短路的能力,那么该二极管的额定电流必须等于HYM2575最大限流.对于二极管
来说,最严重的情况就是输出过载或短路.
B. 二极管的反向耐压值应至少是输入电压的1.25倍.
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输入电容的选择(CIN)
为了保证调节器的稳定工作,在输入端应接入一个旁路电容,可以选择铝电解电容或钽电容.
可调电压输出举例
给定:
VOUT=10V
VIN(Max)=25V
ILOAD(Max)=1A
F=52KHz
可调电压输出(选择R1和R2)
+=
R1
R2
11.23VOUT 这里选定R1=1K
=
=1
1.23V
10V
1K1
VREF
VOUT
R1R2
R2=1K(8.13-1)=7.13k,最接近1%精度的7.15K.
电感的选择(L1)
A. 计算E●T(V● s)
()s115
52
1000
25
10
1025 = = VTE
B. E●T=115V● s
C. ILOAD(Max)=1A
D. 电感号=H470
E. 电感值=470 H
输出电容的选择(COUT)
FCOUT 130
15010
25
785,7=
>
然而,对于可接收的输出纹波电压来说,COUT≥220 F所以,选择COUT = 220 F的电解电容
续流二极管的选择(D1)
A. 对于此例,3A的电流额定值比较合适.
B. 从图表9中选择一个40V 31DQ04 肖特基二极管,或者其他满足要求的快速恢复二极管
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输入电容的选择(CIN)
一个100 F铝电解电容可以满足要求.
表9.二极管选择参考
肖特基 超快恢复 VR
1A 3A 1A 3A
20V 1N5817
MBR120P
SR102
1N5820
MBR320
SR320
30V 1N5818
MBR130
11DQ03
SR103
1N5821
MBR330
31DQ03
SR303
40V 1N5819
MBR140
11DQ04
SR104
MBR340
31DQ04
1N5822
SR304
50V MBR150
11DQ05
SR105
31DQ05
MBR350
SR305
60V MBR160
11DQ06
SR106
31DQ06
MBR360
SR306
下面的二极管耐压
都是100V
11DF1
HER102
MUR110
下面的二极管耐
压都是100V
31DF1
MUR310
HER302
表10 电感选择参考
电感号 电感值 P&S 广东风华 苏州泰昌 深圳新生竹
L47 47 H
L68 68 H
L100 100 H
L150 150 H
L220 220 H
L330 330 H
L470 470 H
L680 680 H
H150 150 H
H220 220 H
H330 330 H
H470 470 H
H680 680 H
H1000 1000 H
H1500 1500 H
H2200 2200 H
见注释 见注释 见注释 见注释
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注释:
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八.HYM2575应用提示
输入电容(CIN)
为了保证HYM2575的稳定工作,需要在输入端加入一个至少是100 F的旁路电解电容.
电容的脚要尽量的短,而且要尽量的靠近芯片.
如果芯片工作的温度范围包括-25 C,那么输入的电容值需要更大一些.对于大多数的电
解电容,随着温度的降低和时间的推移电容值将减小,ESR(等效串联电阻)将增加.并联入
陶瓷或固体钽电容可以增加调节器在低温时的工作稳定度.为了得到最长的电容工作时间,电
容纹波电流的均方根额定值必须大于:
LOADI
T
tON
1.2×
× 对于Buck型降压调节器来说,这里的
IN
OUT
V
V
T
tON
=,
对于一个Buck-boost型的调节器
INOUT
OUT
VV
V
T
tON
+
=.
电感
所有的开关调节器都有两个基本工作模式:连续和不连续.这两种工作模式的不同取决于
两种类型的电感电流,一个是电流连续,一个是在正常开关周期内的一段时间内电流降到0.
不同的模式有着不同的工作特性,它可以影响到调节器的性能和必要条件.
HYM2575(或者是任何简单开关器家族)都可以使用连续或不连续两种工作模式.
图4到图8所示的电感值是根据连续工作模式设计的.当使用选择参考里推荐的电感值时,
电感纹波电流的峰峰值大约是最大直流电流的20%到30%.当带有重负载时,这种电路会一直
工作在连续模式下,但是当在轻负载(小于300mA)时,电路会被迫工作在不连续模式下.在
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这种情况下的不连续工作模式也可以很好的工作.对于轻负载,调节器适合工作在不连续模式
下,因为不连续模式需要的电感值低.
选择参考里的值针对的都是连续工作模式,但是如果电感值的选择偏小的话,那么设计者
应该注意不连续工作的可能性.
有很多种不同外形的电感,比如罐型,绕线等,同时也有不同磁心材质,比如铁氧体和铁
粉心.其中最便宜的是绕线型,它是由导线绕制在一个铁氧棒磁心上.这种结构的电感价格比
较便宜,但是它的磁通没有完全包在磁心里,将会产生比较多的电磁干扰(EMI).这种电磁干扰
(EMI)可能会对一些敏感的电路造成影响,感应电压也能造成探针在读数时的错误.
电感必须工作在小于它的最大额定电流下,否则将会造成电感饱和.当一个电感开始饱和,
电感值会迅速下降,这时的电感就只有电阻的功能了.这将会造成开关电流迅速升高.不容类
型的的电感饱和特性不同,在选择电感的时候应明确.
电感厂商的数据手册里有电流和能量限制参数.
电感纹波电流
当开关电源工作在连续模式时,电感电流波形范围从三角波到锯齿波(取决于输入电压).
对于一个给定的输入电压和输出电压,电感电流波形振幅的峰峰值保持恒定.当负载电流增大
或减小时,锯齿电流波形也增大或减小.这个波形的平均直流电流值和直流负载电流是相等的
(适合于buck型调节器结构).
如果负载电流下落到足够低,锯齿电流波形的底部将达到零,这时的开关调节器将变为不
连续工作模式.此时,该工作模式非常合适.任何buck型开关调节器(无论电感多么的大)在
负载足够轻的时候,都将会被迫工作于不连续模式.
输出电容
输出电容可以起到输出滤波和保证环路稳定的作用.输出电容在PCB板上的走线应尽可能
短并且靠近HYM2575.标准的铝电解电容就足够,但是为了得到低输出纹波电压和增加稳定性
应选用低ESR(串联等效电阻)的电容.电容的ESR取决于很多因素,其中有:耐压值,物理
尺寸和结构类型.通常,低耐压(小于12V)的电解电容的ESR比较高.
输出纹波电压的总和是输出电容ESR和电感纹波电流幅值( IIND)的函数.
低等级的电容(220 F～1000 F),允许50mV到150mV的输出纹波电压,高等级的电容
将会减小到大约20mV到50mV的纹波电压.
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输出纹波电压=( IIND)×(COUT的ESR)
如果想更进一步的减小输出纹波电压,可以使用多个电解电容并联或使用较高等级的电容.
这些电容通常被称为"高频","低感应","低ESR".这样会使输出纹波降低到10mV或20mV.
然而,在连续工作模式下,使用ESR低于0.05 的电容将会造成调节器工作的不稳定.
钽电容的ESR值非常低,当做输出电容使用时,应当仔细的计算.因为它们很好的低温特
性,钽电容可以和铝电解电容并联使用,钽电容会弥补10%到20%的总电容.
在52KHz时电容的纹波电流额定值应比电感的纹波电流峰峰值至少高50%.
续流二极管
Buck型开关调节器在开关关闭时,需要一个二极管来为电感电流提供回路.二极管同样应
该离芯片很近,在PCB上的走线要短.
因为肖特基二极管具有高速的开关速度和较低的正向压降,所以在开关电源尤其是低输出
电压(小于5V)的应用中是最佳.快速恢复,高效率,或者超快恢复二极管同样也可以,但是
一些类型陡峭的关断特性可能会引起不稳定和EMI问题.一个具有软恢复特性的快速恢复二极
管也是一个很好的选择.标准的60Hz二极管(比如1N4001或1N5400,等)不适用.请参考
表8给出的肖特基和"软"快速恢复二极管选择.
输出电压纹波和瞬时现象
开关电源的输出电压会包括一个和开关频率相同的锯齿纹波电压,一般典型值是输出电压
的1%,同时在锯齿波形的顶峰处还可能有短的电压尖峰毛刺.
输出纹波电压大体上等于电感锯齿纹波电流乘以输出电容的ESR.电压尖峰毛刺的出现是
因为输出开关的快速动作,以及输出滤波电容的寄生电感.要想减小这种电压尖峰毛刺,可以
选用低等效电感的电容,而且电容的引脚要尽量的短.
一个附加的小LC滤波器(20 H&100 F)可以加在输出的后级,这样可以进一步减小输出
纹波和瞬时毛刺现象.
反馈
HYM2575(固定输出版本)反馈引脚必须连接到输出电压点.当使用可调版本时,电压取
样电阻要尽量靠近芯片,以免产生不必要的噪声.应避免使用大于100K 的电阻,因为随着电
阻的增大噪声也会增大.
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/OFFON输入
对于一般应用,/OFFON脚应该接地或者由一低TTL电平驱动(典型值小于1.6V).要想使
调节器进入备份模式,需要用TTL或CMOS高电平驱动./OFFON的电压可以被拉到+VIN,此时
不需要接任何电阻.但是/OFFON脚不能悬空.
接地
为了保证输出电压的稳定度,电源地的连接必须是低阻抗的.
发热和散热问题
在很多情况下,在允许的工作范围内只需要一个小散热片就可以保证HYM2575的结温.
例如,为了确定是否需要散热片,可以按照以下几个步骤进行:
1. 最大环境温度(在实际应用中).
2. 调节器最大功耗.
3. 最大允许结温(对于HYM2575来说是125°C).为了安全起见,保守的设计是温度
大约比最大允许温度低15°C左右.
4. HYM2575封装热阻θJA和θJC.
HYM2575的总功率消耗约为:
PD=(VIN)(IQ)+(VO/VIN)(ILOAD)(VSAT)
这里的IQ(静态电流)和VSAT可以在前面特性曲线里找到,VIN是应用的最小输入电压,VO
是调节器的输出电压,ILOAD是负载电流.如果是使用肖特基的续流二极管的话在打开和关断的
动态损失可以忽略不计.
如果没有使用散热片,结温的上升可以按如下计算:
TJ = (PD)(θJA)
实际的工作结温还应加上最大环境温度,即:
TJ = TJ+TA
如果实际的工作结温高于步骤3所确定的安全工作结温的话,就需要加一个散热片.
当使用一个散热片,结温的上升可以按如下的公式计算:
TJ = (PD)(θJC+θinterface+θHeat sink)
那么,工作中的结温将是:
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TJ = TJ+TA
如上,如果实际工作结温超过了选择的安全工作结温,那么就需要一个较大的散热器(热
阻要较小).
九.其他应用电路
反向调节器
图11表示了HYM2575-12在buck-boost型变换中,由输入的正电压产生了一路负12V输
出.这个电路启动自举把调节器把原来的地变为负电压输出,反馈脚接地,这时调节器输出反
向输出电压且稳定输出在-12V.
对于12V或12V以上的输入电压,在这种结构中最大的输出电流大约是700mA.对于更
轻的负载,最小的输入电压需要下降到大约4.7V.
在这个Buck-boost结构中的开关电流要高于标准的Buck型,所以允许的输出电流就更低.
同时,对于Buck-boost型调节器的启动输入电流要比标准Buck型调节器的高,所以对于电流
限制小于1.5A的输入电源来说可能会过载.这时,可以使用一个延时启动电路(下一节中有具
体介绍)或欠压锁定电路,这样就可以让输入电压到达足够高时才开启开关调节器.
因为Buck型和Buck-boost型开关调节器拓扑结构的差异,对于Buck型开关调节器设计中
的电感和输出电容选择不再适用.对于Buck-boost型设计推荐的电感范围是68 H～220 H,输
出电容值必须高于Buck型设计中的要求.低输入电压或大输出电流需要大输出电容(通常是
数千微法).
电感峰值电流等同于开关峰值电流,可以从如下公式计算得出:
OSC1OIN
OIN
IN
OINLOAD
f2L
1
VV
VV
V
)V(VI
Ip×
+
+
+
≈
这里的fOSC=52KHz.在连续电感电流工作条件下,最小的VIN代表的最坏的情况.选择一
个满足预先额定峰值电流的电感.
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图11.反向Buck-boost结构输出-12V
同时,调节器上出现的最大电压是输入和输出电压绝对值的和.对于-12V输出,对于
HYM2575来说最大的输入电压是+28V,对于HYM2575HV来说是+48V.
负Boost型(升压)调节器
另外的和Buck-boost拓扑不同的是负boost型结构.图12中的电路输入电压可以是
-5V～-12V,输出电压是-12V.输入电压如果高于-12V将会使输出高于-12V,但是不会
损坏调节器.
注意:可能需要加散热片
图12. 负电压升压
因为此种类型调节器升压的作用,开关电流也会高一些,尤其是在低压输入时.输出负载
电流限制是由最大开关电流额定限制所决定的.同时,升压调节器也不能在负载短路的情况下
提供限流保护,所以可以在需要的时候加装保险丝.
欠压锁定电路
在一些应用中,有时需要在输入电压没有达到一个确定阈值前,调节器处于关断状态.欠
压锁定电路可以满足您的这个要求,如图13,当然这个电路图对于Buck-boost型电路也是适用
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的.电压的阈值满足如下公式:
VTH=VZ1+ 2VBE(Q1)
图13.欠压锁定电路
图14.Buck-boost电路中的欠压锁定
延时启动电路
如图15,/OFFON控制脚可以用来产生延时启动的特性.例如:在输入电压为20V其余电
路按照图中连接,HYM2575的开关启动时间会延迟大约10ms.增加RC时间常数可以延长启动时
间.但是如果RC时间常数过大的话,通过/OFFON脚的耦合会在输入端产生大于60Hz或120Hz
的纹波.
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图15 延迟启动电路
可调低纹波输出
如图16所示,可以提供3A输出的可调版本电路.这里在输出级又加了一级L-C滤波电
路,这样做可以进一步减小输出纹波.
图16 1.2V到55V可调1A输出低纹波电路
十.术语解释
降压调节器
一种把高压变为低压的开关调节拓扑结构.
占空比
输出开关接通时间和开关周期的比值.
对于降压调节器来说
VIN
VOUT
T
tON
D==
续流二极管
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当HYM2575的开关断开时,该二极管给负载电流提供了回路.
效率(η)
输出功率和输入功率的比值.
PLOSSPOUT
POUT
PIN
POUT
+
==η
电容等效串连电阻(ESR)
如图17,为电容的等效模型.它会导致功率耗散,从而直接影响电容的工作寿命.当使用
高ESR的电容做为输出电容将会导致较大的输出纹波电压.
图17 电容的等效模型
大多数的铝电解电容(容值在100μF～1000μF)的ESR为0.5Ω到0.1Ω.高等级的电容(通
常指"低ESR","高频率","低ESL")的ESR通常小于0.15Ω.
等效串连电感(ESL)
图17中的ESL为电容的等效串连电感.对于降压调节器来说,不必要的等效串连电感会
导致输出端电压尖锋.
输出纹波电压
输出纹波电压是开关调节器输出电压中的交流成分.通常是由输出电容ESR和电感的纹波
电流(ΔIIND)乘积决定的.
电容纹波电流
电容纹波电流值是指在特定温度下,电容在连续工作方式下所允许最大的变化电流.
静态保持电流(ISTBY)
当/OFFON被置为TTL高电平时(这是开关调节器开关打开),HYM2575进入静态保持模式
所消耗的电流.
电感纹波电流(ΔIIND)
电感电流波形的峰峰值,在连续模式下是锯齿波的峰峰值.
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连续/不连续工作模式
和电感电流有关系.在连续模式时,电感电流是连续的,最小不会到达0,而在不连续模
式中,电感电流在开关周期中的一段时间内会降为0.
电感饱和
当电感饱和时,电感就不能保持电感的磁通量.电感这时就表现出电阻特性而电感特性降
被消弱.这时的电感电流将被直流线阻和流过的源电流所限制.
工作电压微秒积E●TOP
这个乘积常数是电感能量处理能力的一个衡量,它依赖于磁芯的类型,磁芯的面积,线圈
的绕线数,以及占空比.
十一.封装图
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直流降压调节器HYM2575
一.概述及特点
HYM2575系列调节器是单片集成电路,它可以提供降压转换器(Buck)的功能,它同时具有
驱动1A负载电流,且有着极好的线性和负载调节特性.HYM2575系列器件包括固定3.3V,5V,
12V,15V输出版本和可调输出版本.
HYM2575使用起来非常简单,只需几个外接元件,它内部已经集成频率补偿和一个固定频率
振荡器.
HYM2575系列高效率的特性完全可以替代常用的三端线性调节器.它的高效率可以最大限度
的减小散热片的尺寸,在某些情况下可以不加散热片.
标准的系列电感可以从很多不同的厂家购买,这些特性最大程度的简化了开关电源的设计.在
特定输入和输出负载的条件下,HYM2575的输出可以保证±4%的精度容差,以及±10%的内部振荡
频率容差.HYM2575同时具有外部的关断引脚,50 A(典型)的关闭静态电流.HYM2575还具有
循环限流和过温关断功能.
特点
● 3.3V,5V,12V,15V和可调输出版本
● 可调版本输出电压范围:1.23V～37V(HV版本到57V)±4%
● 1A的输出电路
● 宽电源输入3V～40V,HV版本可以到60V
● 只需要4个外接元件
● 52KHz固定内置频率振荡器
● TTL电平关断,低功耗备用模式
● 高效率
● 过热关断和限流保护
● 完全兼容LM2575
直流降压调节器HYM2575 - 2 -
应用
● 简单高效率降压调节器
● 高效率的线性前级转换器
● 卡式开关调节器
● 正电压到负电压转换器(Buck-Boost)
二.方框图和管脚图
图1.内部方框图
图2.管脚图
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直流降压调节器HYM2575 - 3 -
三.绝对最大值
参数名称 数值范围 单位
HYM2575 45 V
最大供电电压
HYM2575HV 63 V
/OFFON脚输入电压 -0.3≤V≤+VIN V
功率消耗 内部限制
存储温度范围 -65～+150 C
最小静电范围 2k V
焊接温度(10秒) 260 C
最大结温 150 C
工作温度范围 -40～+125 C
四.电特性
HYM2575-3.3,HYM2575HV-3.3
电特性
HYM2575-3.3
HYM2575HV-3.3 符号 参数 条件
最小 典型 最大
单位
系统参数(注释3)测试电路如图3
VOUT输出电压 VIN=12V,ILOAD=0.2A(如图3) 3.234 3.3 3.366 V
VOUT输出电压
HYM2575
4.75V≤VIN≤40V,0.2A≤ILOAD≤1A
(如图3)
3.168/
3.135
3.3 3.432/
3.465
V
VOUT输出电压
HYM2575HV
4.75V≤VIN≤60V,0.2A≤ILOAD≤1A
(如图3)
3.168/
3.135
3.3 3.450/
3.482
V
η 效率 VIN=12V,ILOAD=1A 75 %
HYM2575-5.0,HYM2575HV-5.0
电特性
HYM2575-5.0
HYM2575HV-5.0 符号 参数 条件
最小 典型 最大
单位
系统参数(注释3)测试电路如图3
VOUT输出电压 VIN=12V,ILOAD=0.2A(如图3)4.900 5.0 5.100 V
VOUT输出电压
HYM2575
8V≤VIN≤40V,0.2A≤ILOAD≤1A
(如图3)
4.800/
4.750
5.0 5.200/
5.250
V
VOUT输出电压 8V≤VIN≤60V,0.2A≤ILOAD≤1A 4.800/ 5.0 5.225/ V
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HYM2575HV (如图3) 4.750 5.275
η 效率 VIN=12V,ILOAD=1A 77 %
HYM2575-12,HYM2575HV-12
电特性
HYM2575-12
HYM2575HV-12 符号 参数 条件
最小 典型 最大
单位
系统参数(注释3)测试电路如图3
VOUT输出电压 VIN=25V,ILOAD=0.2A(如图3) 11.76 12 12.24 V
VOUT输出电压
HYM2575
15V≤VIN≤40V,0.2A≤ILOAD≤1A
(如图3)
11.52/
11.40
12 12.48/
12.60
V
VOUT输出电压
HYM2575HV
15V≤VIN≤60V,0.2A≤ILOAD≤1A
(如图3)
11.52/
11.40
12 12.54/
12.66
V
η 效率 VIN=15V,ILOAD=1A 88 %
HYM2575-15,HYM2575HV-15
电特性
HYM2575-15
HYM2575HV-15 符号 参数 条件
最小 典型 最大
单位
系统参数(注释3)测试电路如图3
VOUT输出电压 VIN=30V,ILOAD=0.2A(如图3) 14.70 15 15.30 V
VOUT输出电压
HYM2575
18V≤VIN≤40V,0.2A≤ILOAD≤1A
(如图3)
14.40/
14.25
15 15.60/
15.75
V
VOUT输出电压
HYM2575HV
18V≤VIN≤60V,0.2A≤ILOAD≤1A
(如图3)
14.40/
14.25
15 15.68/
15.83
V
η 效率 VIN=18V,ILOAD=1A 88 %
HYM2575-ADJ,HYM2575HV-ADJ
电特性
HYM2575-ADJ
HYM2575HV-ADJ 符号 参数 条件
最小 典型 最大
单位
系统参数(注释3)测试电路如图3
VOUT反馈电压 VIN=12V,ILOAD=0.2A
VOUT=5V (如图3)
1.217 1.230 1.243 V
VOUT反馈电压
HYM2575
8V≤VIN≤40V,0.2A≤ILOAD≤1A
VOUT=5V,(如图3)
1.193/
1.180
1.230 1.267/
1.280
V
VOUT反馈电压
HYM2575HV
8V≤VIN≤60V,0.2A≤ILOAD≤1A
VOUT=5V,如图3)
1.193/
1.180
1.230 1.273/
1.286
V
η 效率 VIN=12V,ILOAD=1A 77 %
所有输出电压版本
电特性
直流降压调节器HYM2575 - 5 -
HYM2575-XX
HYM2575HV-XX 符号 参数 条件
最小2典型 最大2
单位
器件参数
Ib反馈偏置
电流
VOUT=5V (仅限于可调版本) 50 100/500 nA
fO振荡频率 (注释11) 47/42 52 58/63 KHz
VSAT饱和电压 IOUT=1A(注释4) 0.9 1.2/
1.4
V
DC 最大占空
比
(注释5) 93 98 %
ICL限流参数 (注释4和11) 1.7/1.3 2.2 3.0/3.3 A
IL输出峰值
电流
(注释6和7) 输出=0V
输出=-1V
输出=-1V
7.5
2
30
A
IQ静态电流 (注释6) 5 10 mA
ISTBY备份静态
电流
/OFFON脚=5V(关断) 50 200 A
θJA
θJA
θJC
θJA
热阻抗 直插封装,结到环境(注释8)
直插封装,结到环境(注释9)
直插封装,结到结
贴片封装,结到环境(注释8)
65
45
2
37
C/W
/OFFON控制(测试电路如图3)
VIHVOUT=0V 2.2/2.4 1.4 V
VIL
/OFFON脚
逻辑输入
电平
VOUT=实际输出电压 1.2 1.0/0.8 V
IIH/OFFON脚=5V(关断) 12 30 A
IIL
/OFFON脚
输入电流 /OFFON脚=0V(开启) 0 10 A
注释1:绝对最大值限定了器件的使用极限,如果超过极限值可能会损坏器件.
注释2:所有的极限参数可以在室温下(标准字体)和极限温度下(加粗字体)保证.所有的室温限制经过了100%
的生产测试.所有的极限温度测试是通过使用标准统计品质的方法来统计的.
注释3:外部元件,比如像续流二极管,电感,输入和输出电容会影响到开关调节器的性能.当HYM2575/HYM2575HV
应用在如图3的测试电路中时,系统性能参数和电特性表里是对应的.
注释4:输出不接二极管,电感,电容.
注释5:反馈脚和输出断开,接地.
注释6:反馈脚和输出断开,连接到+12V来调节电压3.3V和5V版本,连接到+25V来调节12V和15V版本,这样做
可以强制输出晶体管关断.
注释7:Vin=40V(HV版本VIN=60V)
注释8:对于TO-220表贴封装的结到环境的热阻抗(未接外部散热片),同时有1/2英寸引脚在插槽里或者是PCB
上.
注释9:对于TO-220表贴封装的结到环境的热阻抗(未接外部散热片),同时有1/2英寸引脚被焊接在PCB上,包
括了大约4平方英寸的敷铜.
注释10:如果是TO-263的封装,热阻抗可以通过PCB敷铜面的加大而减小.使用0.5平方英寸的敷铜面积,θJA的值
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就是50 C/W,如果是1平方英寸的敷铜层,θJA的值就是37 C/W,如果使用1.6平方英寸或更大面积的敷铜层,θJA的
值就是32 C/W.
注释11:振荡频率在输出短路或过载而导致输出电压下降40%的情况下,频率大约会下降11KHz.自我保护电路会
通过减小占空比来降低功耗,占空比从5%大约降到2%.
五.典型性能参数
标准化输出电压 线性调节器 漂移电压
电流限制 静态电流 关闭静态电流
振荡频率 开关饱和电压 效 率
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最小工作电压 静态电流和占空比 反馈电压和占空比
最大功率耗散(TO-263)(参见注释10) 反馈脚电流
开关波形 负载瞬态响应
VOUT=15V
A:输出脚电压,10V/div; B:输出脚电流,1A/div
C:电感电流,0.5A/div; D:输出纹波电压,20mV/div,交流耦合
水平时基:5 s/div
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六.测试电路
在任何开关调节器的设计中,布板都是非常重要的.导线电感上变化的瞬时开关电流会产生瞬 时电压,
这样会造成一些问题.对于最小的电感和地环路,导线的长度(尤其是用粗实线画出的)应该尽量的短.使用
单点接地或铺地的结构会得到比较好的效果.当使用可调版本时,尽量使分压电阻靠近芯片,这样可以使敏感
的反馈线路最短.
固定电压输出版本
可调电压输出版本
图3.测试电路和布板参考线
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七.HYM2575设计指导
1.固定电压输出版本设计
设定:
VOUT=固定输出电压(3.3V,5.0V,12V或15V)
VIN(最大)=最大输入电压
ILOAD(最大)=最大负载电流
电感的选择(L1)
A. 参见图4,5,6,7中选择正确的电感值(其中的输出电压分别是3.3V,5.0V,12V,15V).对于
其他的输出电压值,可以参考可调电压输出版本设计.
B. 从电感值选择指导看出,电感的取值范围是由VIN(最大值)和ILOAD来决定的,同时也要注意
选定电感范围的电感号.
C. 从电感号来确定电感值,然后从从图4中选择一个合适的电感.这里列出了四个厂家的电感
元件的型号.
输出电容选择(COUT)
A. 输出电容和电感一起构成了开关回路.为了得到稳定的工作和可以接受的纹波电压来说(大约
是输出电压的1%),推荐使用100 F到470 F的电容.
B. 输出电容的耐压值应至少是输出电压的1.5倍.比如一个5V的固定输出,那么至少是8V的
耐压值,所以这时就推荐使用10V或15V耐压的电容.
续流二极管的选择(D1)
A. 续流二极管的导通电流应至少是最大负载电流的1.2倍.同样,如果设计的电源需要能具备承
受连续输出短路的能力,那么该二极管的额定电流必须等于HYM2575最大限流.对于二极
管来说,最严重的情况就是输出过载或短路.
B. 二极管的反向耐压值应至少是输入电压的1.25倍.
输入电容的选择(CIN)
为了保证调节器的稳定工作,在输入端应接入一个旁路电容,可以选择铝电解电容或钽电容.
直流降压调节器HYM2575 10
固定电压输出举例
给定:
VOUT= 5.0V
VIN(最大)=20V
ILOAD(最大)=0.8A
电感的选择
A. 参看图5
B. 通过观察,可以看到20V和0.8A相交的电感区域是L330.
C. 查表得该电感号所对应得感值是330 H.可以选择PE52627,或者RL1952.
输出电容的选择(COUT)
A. COUT=100 F～470 F标准铝电解电容.
B. 耐压值为20V.
续流二极管的选择(D1)
A. 例如,1A的电流比较适合.
B. 使用一个30V 的1N5818或者 SR103肖特基二极管,或者任何在表9中建议使用的超快恢复二极管.
输入电容的选择(CIN)
一个47 F/25V的铝电解电容,放置位于输入脚和地附近,可以提供足够的滤波功能.
VIN(最大)=20V
ILOAD(最大)=0.8A
电感值选择参考(连续模式下工作)
图4.HYM2575(HV)-3.3 图5.HYM2575(HV)-12
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图6. HYM2575(HV)-5 图7.HYM2575(HV)-15
图8.HYM2575(HV)-ADJ
2.可调电压输出版本设计
设定:
VOUT=可调输出电压
VIN(Max)=最大输入电压
ILOAD(Max)=最大负载电流
F=开关频率(固定在52KHz)
可调电压输出(选择R1和R2,如图3)
使用如下的公式来选择合适的电阻值.
+=
1
2
1VVREFOUT
R
R
VREF=1.23V
R1在1K到5K之间.为了得到最好的温度系数和时间稳定性,请使用1%的金属薄膜电阻.
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=1
V
V
R1R2
REF
OUT
电感的选择(L1)
A. 计算电感电压和微秒的乘积,E●T(V● s),使用下面的公式:
()
FVIN
VOUT
VOUTVINTE
1000
= (V● s)
其中F的单位是KHz
B. 从上面的公式计算出E●T值,然后在图8的纵轴上找到对应的数值.
C. 在横轴上,选择最大的负载电流.
D. 通过E●T的值和最大负载电流值确定电感范围,同时记录下该范围所对应的电感号.
E. 通过电感号来确定具体的电感值,从图表9中选择合适的电感.这里列出了四个厂家的电感型号.
电感的选择还应考虑HYM2575的开关频率52KHz和通过的电流额定值1.15×ILOAD.其他信息请
参见本数据手册关于电感的专门叙述段落.
输出电容的选择(COUT)
A. 输出电容和电感一起组成了开关调节器环路.对于稳定的工作来说,输出电容必须满足下面的
公式:
()
()
() F
HLV
MaxV
7,785C
OUT
IN
OUT
≥
上面的公式计算出的电容值在10 F到2200 F之间,这就可以满足稳定环路可靠工作的需要.
但是要得到一个可以接受的输出纹波电压的话(大约是输出电压的1%)和瞬时响应,输出电容
需要是上述计算值的数倍.
B. 电容的耐压值应至少是输出电压的1.5倍.对
于一个10V输出的的调节器来说,电容的耐压值至少是15V.高耐压的电解电容通常都有较低
的ESR值,因此根据实际需要可以选择比需要耐压值更高一些的电容
续流二极管的选择(D1)
A. 续流二极管的导通电流应至少是最大负载电流的1.2倍.同样,如果设计的电源需要能具备承
受连续输出短路的能力,那么该二极管的额定电流必须等于HYM2575最大限流.对于二极管
来说,最严重的情况就是输出过载或短路.
B. 二极管的反向耐压值应至少是输入电压的1.25倍.
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输入电容的选择(CIN)
为了保证调节器的稳定工作,在输入端应接入一个旁路电容,可以选择铝电解电容或钽电容.
可调电压输出举例
给定:
VOUT=10V
VIN(Max)=25V
ILOAD(Max)=1A
F=52KHz
可调电压输出(选择R1和R2)
+=
R1
R2
11.23VOUT 这里选定R1=1K
=
=1
1.23V
10V
1K1
VREF
VOUT
R1R2
R2=1K(8.13-1)=7.13k,最接近1%精度的7.15K.
电感的选择(L1)
A. 计算E●T(V● s)
()s115
52
1000
25
10
1025 = = VTE
B. E●T=115V● s
C. ILOAD(Max)=1A
D. 电感号=H470
E. 电感值=470 H
输出电容的选择(COUT)
FCOUT 130
15010
25
785,7=
>
然而,对于可接收的输出纹波电压来说,COUT≥220 F所以,选择COUT = 220 F的电解电容
续流二极管的选择(D1)
A. 对于此例,3A的电流额定值比较合适.
B. 从图表9中选择一个40V 31DQ04 肖特基二极管,或者其他满足要求的快速恢复二极管
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输入电容的选择(CIN)
一个100 F铝电解电容可以满足要求.
表9.二极管选择参考
肖特基 超快恢复 VR
1A 3A 1A 3A
20V 1N5817
MBR120P
SR102
1N5820
MBR320
SR320
30V 1N5818
MBR130
11DQ03
SR103
1N5821
MBR330
31DQ03
SR303
40V 1N5819
MBR140
11DQ04
SR104
MBR340
31DQ04
1N5822
SR304
50V MBR150
11DQ05
SR105
31DQ05
MBR350
SR305
60V MBR160
11DQ06
SR106
31DQ06
MBR360
SR306
下面的二极管耐压
都是100V
11DF1
HER102
MUR110
下面的二极管耐
压都是100V
31DF1
MUR310
HER302
表10 电感选择参考
电感号 电感值 P&S 广东风华 苏州泰昌 深圳新生竹
L47 47 H
L68 68 H
L100 100 H
L150 150 H
L220 220 H
L330 330 H
L470 470 H
L680 680 H
H150 150 H
H220 220 H
H330 330 H
H470 470 H
H680 680 H
H1000 1000 H
H1500 1500 H
H2200 2200 H
见注释 见注释 见注释 见注释
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注释:
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产品目录PDF链接:http://www.icbase.com/pdf/p8s/p8s00510408.pdf(非屏蔽贴片电感)
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八.HYM2575应用提示
输入电容(CIN)
为了保证HYM2575的稳定工作,需要在输入端加入一个至少是100 F的旁路电解电容.
电容的脚要尽量的短,而且要尽量的靠近芯片.
如果芯片工作的温度范围包括-25 C,那么输入的电容值需要更大一些.对于大多数的电
解电容,随着温度的降低和时间的推移电容值将减小,ESR(等效串联电阻)将增加.并联入
陶瓷或固体钽电容可以增加调节器在低温时的工作稳定度.为了得到最长的电容工作时间,电
容纹波电流的均方根额定值必须大于:
LOADI
T
tON
1.2×
× 对于Buck型降压调节器来说,这里的
IN
OUT
V
V
T
tON
=,
对于一个Buck-boost型的调节器
INOUT
OUT
VV
V
T
tON
+
=.
电感
所有的开关调节器都有两个基本工作模式:连续和不连续.这两种工作模式的不同取决于
两种类型的电感电流,一个是电流连续,一个是在正常开关周期内的一段时间内电流降到0.
不同的模式有着不同的工作特性,它可以影响到调节器的性能和必要条件.
HYM2575(或者是任何简单开关器家族)都可以使用连续或不连续两种工作模式.
图4到图8所示的电感值是根据连续工作模式设计的.当使用选择参考里推荐的电感值时,
电感纹波电流的峰峰值大约是最大直流电流的20%到30%.当带有重负载时,这种电路会一直
工作在连续模式下,但是当在轻负载(小于300mA)时,电路会被迫工作在不连续模式下.在
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这种情况下的不连续工作模式也可以很好的工作.对于轻负载,调节器适合工作在不连续模式
下,因为不连续模式需要的电感值低.
选择参考里的值针对的都是连续工作模式,但是如果电感值的选择偏小的话,那么设计者
应该注意不连续工作的可能性.
有很多种不同外形的电感,比如罐型,绕线等,同时也有不同磁心材质,比如铁氧体和铁
粉心.其中最便宜的是绕线型,它是由导线绕制在一个铁氧棒磁心上.这种结构的电感价格比
较便宜,但是它的磁通没有完全包在磁心里,将会产生比较多的电磁干扰(EMI).这种电磁干扰
(EMI)可能会对一些敏感的电路造成影响,感应电压也能造成探针在读数时的错误.
电感必须工作在小于它的最大额定电流下,否则将会造成电感饱和.当一个电感开始饱和,
电感值会迅速下降,这时的电感就只有电阻的功能了.这将会造成开关电流迅速升高.不容类
型的的电感饱和特性不同,在选择电感的时候应明确.
电感厂商的数据手册里有电流和能量限制参数.
电感纹波电流
当开关电源工作在连续模式时,电感电流波形范围从三角波到锯齿波(取决于输入电压).
对于一个给定的输入电压和输出电压,电感电流波形振幅的峰峰值保持恒定.当负载电流增大
或减小时,锯齿电流波形也增大或减小.这个波形的平均直流电流值和直流负载电流是相等的
(适合于buck型调节器结构).
如果负载电流下落到足够低,锯齿电流波形的底部将达到零,这时的开关调节器将变为不
连续工作模式.此时,该工作模式非常合适.任何buck型开关调节器(无论电感多么的大)在
负载足够轻的时候,都将会被迫工作于不连续模式.
输出电容
输出电容可以起到输出滤波和保证环路稳定的作用.输出电容在PCB板上的走线应尽可能
短并且靠近HYM2575.标准的铝电解电容就足够,但是为了得到低输出纹波电压和增加稳定性
应选用低ESR(串联等效电阻)的电容.电容的ESR取决于很多因素,其中有:耐压值,物理
尺寸和结构类型.通常,低耐压(小于12V)的电解电容的ESR比较高.
输出纹波电压的总和是输出电容ESR和电感纹波电流幅值( IIND)的函数.
低等级的电容(220 F～1000 F),允许50mV到150mV的输出纹波电压,高等级的电容
将会减小到大约20mV到50mV的纹波电压.
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输出纹波电压=( IIND)×(COUT的ESR)
如果想更进一步的减小输出纹波电压,可以使用多个电解电容并联或使用较高等级的电容.
这些电容通常被称为"高频","低感应","低ESR".这样会使输出纹波降低到10mV或20mV.
然而,在连续工作模式下,使用ESR低于0.05 的电容将会造成调节器工作的不稳定.
钽电容的ESR值非常低,当做输出电容使用时,应当仔细的计算.因为它们很好的低温特
性,钽电容可以和铝电解电容并联使用,钽电容会弥补10%到20%的总电容.
在52KHz时电容的纹波电流额定值应比电感的纹波电流峰峰值至少高50%.
续流二极管
Buck型开关调节器在开关关闭时,需要一个二极管来为电感电流提供回路.二极管同样应
该离芯片很近,在PCB上的走线要短.
因为肖特基二极管具有高速的开关速度和较低的正向压降,所以在开关电源尤其是低输出
电压(小于5V)的应用中是最佳.快速恢复,高效率,或者超快恢复二极管同样也可以,但是
一些类型陡峭的关断特性可能会引起不稳定和EMI问题.一个具有软恢复特性的快速恢复二极
管也是一个很好的选择.标准的60Hz二极管(比如1N4001或1N5400,等)不适用.请参考
表8给出的肖特基和"软"快速恢复二极管选择.
输出电压纹波和瞬时现象
开关电源的输出电压会包括一个和开关频率相同的锯齿纹波电压,一般典型值是输出电压
的1%,同时在锯齿波形的顶峰处还可能有短的电压尖峰毛刺.
输出纹波电压大体上等于电感锯齿纹波电流乘以输出电容的ESR.电压尖峰毛刺的出现是
因为输出开关的快速动作,以及输出滤波电容的寄生电感.要想减小这种电压尖峰毛刺,可以
选用低等效电感的电容,而且电容的引脚要尽量的短.
一个附加的小LC滤波器(20 H&100 F)可以加在输出的后级,这样可以进一步减小输出
纹波和瞬时毛刺现象.
反馈
HYM2575(固定输出版本)反馈引脚必须连接到输出电压点.当使用可调版本时,电压取
样电阻要尽量靠近芯片,以免产生不必要的噪声.应避免使用大于100K 的电阻,因为随着电
阻的增大噪声也会增大.
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/OFFON输入
对于一般应用,/OFFON脚应该接地或者由一低TTL电平驱动(典型值小于1.6V).要想使
调节器进入备份模式,需要用TTL或CMOS高电平驱动./OFFON的电压可以被拉到+VIN,此时
不需要接任何电阻.但是/OFFON脚不能悬空.
接地
为了保证输出电压的稳定度,电源地的连接必须是低阻抗的.
发热和散热问题
在很多情况下,在允许的工作范围内只需要一个小散热片就可以保证HYM2575的结温.
例如,为了确定是否需要散热片,可以按照以下几个步骤进行:
1. 最大环境温度(在实际应用中).
2. 调节器最大功耗.
3. 最大允许结温(对于HYM2575来说是125°C).为了安全起见,保守的设计是温度
大约比最大允许温度低15°C左右.
4. HYM2575封装热阻θJA和θJC.
HYM2575的总功率消耗约为:
PD=(VIN)(IQ)+(VO/VIN)(ILOAD)(VSAT)
这里的IQ(静态电流)和VSAT可以在前面特性曲线里找到,VIN是应用的最小输入电压,VO
是调节器的输出电压,ILOAD是负载电流.如果是使用肖特基的续流二极管的话在打开和关断的
动态损失可以忽略不计.
如果没有使用散热片,结温的上升可以按如下计算:
TJ = (PD)(θJA)
实际的工作结温还应加上最大环境温度,即:
TJ = TJ+TA
如果实际的工作结温高于步骤3所确定的安全工作结温的话,就需要加一个散热片.
当使用一个散热片,结温的上升可以按如下的公式计算:
TJ = (PD)(θJC+θinterface+θHeat sink)
那么,工作中的结温将是:
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TJ = TJ+TA
如上,如果实际工作结温超过了选择的安全工作结温,那么就需要一个较大的散热器(热
阻要较小).
九.其他应用电路
反向调节器
图11表示了HYM2575-12在buck-boost型变换中,由输入的正电压产生了一路负12V输
出.这个电路启动自举把调节器把原来的地变为负电压输出,反馈脚接地,这时调节器输出反
向输出电压且稳定输出在-12V.
对于12V或12V以上的输入电压,在这种结构中最大的输出电流大约是700mA.对于更
轻的负载,最小的输入电压需要下降到大约4.7V.
在这个Buck-boost结构中的开关电流要高于标准的Buck型,所以允许的输出电流就更低.
同时,对于Buck-boost型调节器的启动输入电流要比标准Buck型调节器的高,所以对于电流
限制小于1.5A的输入电源来说可能会过载.这时,可以使用一个延时启动电路(下一节中有具
体介绍)或欠压锁定电路,这样就可以让输入电压到达足够高时才开启开关调节器.
因为Buck型和Buck-boost型开关调节器拓扑结构的差异,对于Buck型开关调节器设计中
的电感和输出电容选择不再适用.对于Buck-boost型设计推荐的电感范围是68 H～220 H,输
出电容值必须高于Buck型设计中的要求.低输入电压或大输出电流需要大输出电容(通常是
数千微法).
电感峰值电流等同于开关峰值电流,可以从如下公式计算得出:
OSC1OIN
OIN
IN
OINLOAD
f2L
1
VV
VV
V
)V(VI
Ip×
+
+
+
≈
这里的fOSC=52KHz.在连续电感电流工作条件下,最小的VIN代表的最坏的情况.选择一
个满足预先额定峰值电流的电感.
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直流降压调节器HYM2575 20
图11.反向Buck-boost结构输出-12V
同时,调节器上出现的最大电压是输入和输出电压绝对值的和.对于-12V输出,对于
HYM2575来说最大的输入电压是+28V,对于HYM2575HV来说是+48V.
负Boost型(升压)调节器
另外的和Buck-boost拓扑不同的是负boost型结构.图12中的电路输入电压可以是
-5V～-12V,输出电压是-12V.输入电压如果高于-12V将会使输出高于-12V,但是不会
损坏调节器.
注意:可能需要加散热片
图12. 负电压升压
因为此种类型调节器升压的作用,开关电流也会高一些,尤其是在低压输入时.输出负载
电流限制是由最大开关电流额定限制所决定的.同时,升压调节器也不能在负载短路的情况下
提供限流保护,所以可以在需要的时候加装保险丝.
欠压锁定电路
在一些应用中,有时需要在输入电压没有达到一个确定阈值前,调节器处于关断状态.欠
压锁定电路可以满足您的这个要求,如图13,当然这个电路图对于Buck-boost型电路也是适用
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的.电压的阈值满足如下公式:
VTH=VZ1+ 2VBE(Q1)
图13.欠压锁定电路
图14.Buck-boost电路中的欠压锁定
延时启动电路
如图15,/OFFON控制脚可以用来产生延时启动的特性.例如:在输入电压为20V其余电
路按照图中连接,HYM2575的开关启动时间会延迟大约10ms.增加RC时间常数可以延长启动时
间.但是如果RC时间常数过大的话,通过/OFFON脚的耦合会在输入端产生大于60Hz或120Hz
的纹波.
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图15 延迟启动电路
可调低纹波输出
如图16所示,可以提供3A输出的可调版本电路.这里在输出级又加了一级L-C滤波电
路,这样做可以进一步减小输出纹波.
图16 1.2V到55V可调1A输出低纹波电路
十.术语解释
降压调节器
一种把高压变为低压的开关调节拓扑结构.
占空比
输出开关接通时间和开关周期的比值.
对于降压调节器来说
VIN
VOUT
T
tON
D==
续流二极管
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当HYM2575的开关断开时,该二极管给负载电流提供了回路.
效率(η)
输出功率和输入功率的比值.
PLOSSPOUT
POUT
PIN
POUT
+
==η
电容等效串连电阻(ESR)
如图17,为电容的等效模型.它会导致功率耗散,从而直接影响电容的工作寿命.当使用
高ESR的电容做为输出电容将会导致较大的输出纹波电压.
图17 电容的等效模型
大多数的铝电解电容(容值在100μF～1000μF)的ESR为0.5Ω到0.1Ω.高等级的电容(通
常指"低ESR","高频率","低ESL")的ESR通常小于0.15Ω.
等效串连电感(ESL)
图17中的ESL为电容的等效串连电感.对于降压调节器来说,不必要的等效串连电感会
导致输出端电压尖锋.
输出纹波电压
输出纹波电压是开关调节器输出电压中的交流成分.通常是由输出电容ESR和电感的纹波
电流(ΔIIND)乘积决定的.
电容纹波电流
电容纹波电流值是指在特定温度下,电容在连续工作方式下所允许最大的变化电流.
静态保持电流(ISTBY)
当/OFFON被置为TTL高电平时(这是开关调节器开关打开),HYM2575进入静态保持模式
所消耗的电流.
电感纹波电流(ΔIIND)
电感电流波形的峰峰值,在连续模式下是锯齿波的峰峰值.
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连续/不连续工作模式
和电感电流有关系.在连续模式时,电感电流是连续的,最小不会到达0,而在不连续模
式中,电感电流在开关周期中的一段时间内会降为0.
电感饱和
当电感饱和时,电感就不能保持电感的磁通量.电感这时就表现出电阻特性而电感特性降
被消弱.这时的电感电流将被直流线阻和流过的源电流所限制.
工作电压微秒积E●TOP
这个乘积常数是电感能量处理能力的一个衡量,它依赖于磁芯的类型,磁芯的面积,线圈
的绕线数,以及占空比.
十一.封装图
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