12V - 24V - 1A Step-up spínaný regulátor za použitia LM2585
Na "potulkách" internetom, konkrétne na electronics-lab .com som našiel zaujímavé a relatívne aj jednoduché zapojenie na zostavenie na báze DC / DC prevodníka s integrovaným obvodom LM2585-ADJ vyrábaného spoločnosťou Texas Instruments. Tento integrovaný obvod bol vybraný pre jeho jednoduché použitie, nakoľko vyžaduje minimum externých komponentov a pre jeho schopnosť riadiť výstupné napätie definovaním spätnoväzbových rezistorov (R1, R2). Spínací / výkonový tranzistor NPN je integrovaný vo vnútri regulátora a je schopný odolať maximálnemu prúdu 3A a maximálnemu napätiu 65V. Spínací kmitočet je definovaný vnútorným oscilátorom a je nastavený na 100 kHz.
Zapojenie vývodov obvodu LM2585.
Spínač napájania je zariadenie 3-A NPN, ktoré môže prepínať 65 V. Ochranu vypínača chránia prúdové a tepelné obmedzovacie obvody a obvod blokovania podpätia. Tento IC obsahuje 100-kHz pevný interný oscilátor, ktorý umožňuje použitie malých magnetík. Medzi ďalšie funkcie patrí režim mäkkého štartu na zníženie nárazového prúdu počas spustenia, riadenie prúdového režimu pre lepšie odmietanie vstupného napätia a prechodné zaťaženie výstupného prúdu a obmedzenie prúdu medzi jednotlivými cyklami. Pre napájací systém je stanovená tolerancia výstupného napätia ± 4% v rámci určených vstupných napätí a podmienok výstupného zaťaženia.
Technické údaje
- Vin: 10-15V DC
- Vout: 24V DC
- Iout: 1A
- Frekvencia: 100 KHz
Schéma je jednoduchá a usporiadanie topológie je založené na údajovom liste. Vstupné kondenzátory a dióda by mali byť umiestnené dostatočne blízko k regulátoru, aby sa minimalizovali indukčné účinky spojov na PCB. IC1, L1, D1, C1, C2 a C5, C6 sú hlavné časti používané pri premene napätia. Kondenzátor C3 je vysokofrekvenčný kondenzátor a mal by byť umiestnený čo najbližšie k IC1.
Všetky komponenty sú vybrané pre ich nízku stratovosť. Vybrané kondenzátory majú teda nízke ESR a zvolený induktor má nízky jednosmerný odpor. Pri maximálnom výstupnom výkone produkuje IC1 značné teplo, a preto je osadený priamo na PCB, aby sme dosiahli maximálny odvod tepla. Pokiaľ je potreba, je možné osadiť ho vhodným chladičom.
Schéma zapojenia.
Realizácia
Strana komponentov.
Strana spojov.
Strana komponentov pred osadením.
Rozpis komponentov
| Komponent | Hodnota | Púzdro / Veľkosť | MPN | Mouser No |
|---|---|---|---|---|
| C1 C2 | 33uF 25V 1Ω | 6.3 x 5.4mm | UWX1E330MCL1GB | 647-UWX1E330MCL1 |
| C3 | 0.1uF 50V 0Ω | 1206 | C1206C104J5RACTU | 80-C1206C104J5R |
| C4 | 1uF 25V | 1206 | C1206C105K3RACTU | 80-C1206C105K3R |
| C5 C6 | 220uF 35V 0.15Ω | 10 x 10.2mm | EEE-FC1V221P | 667-EEE-FC1V221P |
| D1 | 0.45 V 3A 40V Schottky | SMB | B340LB-13-F | 621-B340LB-F |
| IC1 | LM2585S-ADJ | TO-263 | LM2585S-ADJ/NOPB | 926-LM2585S-ADJ/NOPB |
| L1 | 120 uH 0.04Ω | 30.5 x 25.4 x 22.1 mm | PM2120-121K-RC | 542-PM2120-121K-RC |
| R1 | 28 KΩ | 1206 | ERJ-8ENF2802V | 667-ERJ-8ENF2802V |
| R2 R3 | 1.5 KΩ | 1206 | ERJ-8ENF1501V | 667-ERJ-8ENF1501V |
| R4 | 1 KΩ | 1206 | RT1206FRE07931KL | 603-RT1206FRE07931KL |
| LED1 | RED LED 20mA 2.1V | 0805 | 599-0120-007F | 645-599-0120-007F |
Doska PCB
Spodná strana PCB "Bottom"
Vrchná strana PCB "Top"
Simulácia
Bola vykonaná simulácia prevodníku DC-DC LM2585 pomocou online softvérových nástrojov WEBENCH od spoločnosti TI a niektoré výsledky sú uvedené nižšie.
Prvý graf je graf BODE s otvorenou slučkou. V tomto grafe vidíme graf GAIN vs FREQUENCY v rozsahu 1 Hz - 1 M a PHASE vs FREQUENCY v rovnakom rozsahu. Tento graf je užitočný, pretože poskytuje podrobný pohľad na stabilitu slučky, a teda stabilitu a výkon prevodníka DC-DC.
Bode diagram otvorenej regulačnej slučky.
Zaujímavé na tomto grafe sú "phase margin" a "gain margin". Gain margin je zisk pre fázový posun -180º a phase margin je fázový rozdiel od 180º pre 0db zisk, ako je znázornené na obrázku vyššie. Aby bol systém považovaný za stabilný, mal by byť dostatočný fázový rozdiel (> 30º) pre zisk 0db, alebo keď je fáza -180º, mal by byť zisk menší ako 0db.
Na grafe vyššie vidíme, že fázová rezerva je ~ 90º a čo zaisťuje, že konvertor DC-DC bude stabilný v meranom rozsahu.
Ďalším simulačným grafom je prechodový diagram vstupu v priebehu času.
Simulácia prechodových vstupov.
Na tomto grafe je vidno, ako sa výstupné napätie obnovuje, keď sa vstupné napätie zvýši z 10 V na 15 V. Vidíme, že 4ms po krokovaní vstupného napätia sa výstup obnovil na normálne výstupné napätie 24V.
Ďalším grafom je Prechodné zaťaženie.
Graf prechodového zaťaženia.
Prechodná záťaž je reakcia výstupného napätia na náhle zmeny záťaže alebo Iout. Vidíme, že výstupný prúd sa náhle zmení z 0,1 A na 1 A a že výstupné napätie klesne na 23,2 V, kým sa neobnoví za približne 3 ms. Vidíme tiež, že keď je záťaž znížená z 1A na 0,1A, výstupné napätie stúpne až na ~ 25,5V, potom zvoní, kým sa neobnoví na 24V za približne 4ms.
Posledný graf zobrazuje ustálenú prevádzku výstupu meniča DC-DC @ 1A.
Výstup 24Vdc / 1A.
Tento graf zobrazuje simulované zvlnenie výstupného napätia a prúd induktora. Vidíme, že zvlnenie výstupného napätia je ~ 0,6Vpp a prúd induktora má špičkový prúd 2,4A. Induktor, ktorý sa použil, je dimenzovaný na max. 5,6A DC, aby ľahko vydržal taký prevádzkový prúd a bez veľkého zahrievania cievky.
Údaje pracovného bodu (Vin = 13 V, Iout = 1 A)
| Operačné hodnoty | |||
| Pulse Width Modulation (PWM) frekvencia | Frekvencia | 100 kHz | |
| Režim nepretržitého, alebo prerušovaného vedenia | Mód | Cont | |
| Celkový výstupný výkon | Pout | 24.0 W | |
| Vin operačný bod | Vin Op | 13.00 V | |
| Iout operačný bod | Iout Op | 1.00 A | |
| Operačný bod pri Vin= 13.00 V,1.00 A | |||
| Bode Plot Crossover Frequency, indikácia šírky napájania | Cross Freq | 819 Hz | |
| Pracovný cyklus PWM v ustálenom stave, limity rozsahu od 0 do 100 | Duty Cycle | 48.3 % | |
| Účinnosť v ustálenom stave | Účinnosť | 93.2 % | |
| IC Teplota spoja | IC Tj | 65.2 °C | |
| IC Napojenie na okolitý tepelný odpor | IC ThetaJA | 34.9 °C/W | |
| Prúdová analýza | |||
| Input Capacitor RMS ripple current | Cin IRMS | 0.14 A | |
| Output Capacitor RMS ripple current | Cout IRMS | 0.48 A | |
| Špičkový prúd v IC pre ustálený stav pracovného bodu | IC Ipk | 2.2 A | |
| IC Maximálny menovitý špičkový prúd | IC Ipk Max | 3.0 A | |
| Priemerný výstupný prúd | Iin Avg | 2.0 A | |
| Prúd zvlnenia induktora, špičková hodnota | L Ipp | 0.50 A | |
| Analýza stratového výkonu | |||
| Stratový výkon na vstupnom kondenzátore | Cin Pd | 0.01 W | |
| Stratový výkon na výstupnom kondenzátore | Cout Pd | 0.035 W | |
| Stratový výkon na dióde | Diode Pd | 0.45 W | |
| Stratový výkon na IC | IC Pd | 1.0 W | |
| Stratový výkon na induktore | L Pd | 0.16 W | |
Konfigurácia výstupného napätia
Výstupné napätie je konfigurované R1, R2 podľa nasledujúceho vzťahu (Vref = 1,23V)
VOUT = VREF (1 + R1/R2)
Ak má R2 hodnotu medzi 1k a 5k, môžeme tento výraz použiť na výpočet R1:
R1 = R2 (VOUT/VREF − 1)
Pre lepšiu tepelnú odozvu a stabilitu sa odporúča použiť 1% rezistory.
Merania
Účinnosť vs. Výstupný prúd.
Výstupné napätie vs. Výstupný prúd.
Zdroje / Na stiahnutie
Článok je preložený z anglického originálu "12V to 24V @ 1A Step-up switching regulator using LM2585" a redakčne upravený.
Zdroj : electronics-lab.com
Aplikačné listy a poznámky k LM2585 (eng)
