基于LM2593HV调节器的降压稳压器设计

摘要：LM2593HV是国家半导体公司推出的一款新型降压（突变）调节器，它可输出3.3V和5V的固定电压，也可以根据需要对其输出进行调节，其最大负载电流为2A。文中介绍了LM2593HV的结构特点、功能原理及外围元器件选择中应注意的问题，并给出了几个典型的应用电路。

关键词：稳压器调节器 降压 LM2593HV

1 LM2593HV的特点

LM2593HV是国家半导体公司推出的一款可降压（突变）交换调节的单片IC。这款调节器的输出为固定的3.3V和5V，也可以根据需要进行调节，其可调范围为1.2～57V，并具有极好的线性和负载调节功能，可驱动2A的负载。在完全的输入和输出条件下，它的输出电流的容许误差为±4%，振荡频率的容许误差为±15%.另外，LM2593HV还具有外部关断和自保护功能，并可工作在150kHz的变换频率下。在低功耗待命状态下的典型备用电流仅为90μA，从而可大大降低系统的功耗。该芯片内部还设计有过温关断和两级限流保护功能。可应用在简单高效的降压（突变）调节、线性调节器的预调节、帖片交换及正负转换等调节系统中。LM2593HV的主要特点如下：

●具有固定的3.3V、5V和可调电压输出；

●可调输出电压范围为1.2～57V，最大容许误差为±0.4%；

●输出负载电流为2A；

●最大输出电压可达60V；

●内置150kHz的振荡固定频率；

●内含关断和软启动开关；

●具有可调输出错误标志；

●具有错误标志延迟功能；

●具有低功耗模式，典型值为90μA；

●效率极高；

●具热关断和限流保护功能。

2 LM2593HV的引脚功能

LM2593HV采用标准的7脚TO-220和TO-263表面帖两种封装形式，其中TO-220封装形式还有不同的弯曲引脚可供选择，以适应不同场合的应用需求，图1所示是其外形封装图。

LM2593HV内部包含有频率补偿、固定频率振荡器、关断/软启动、错误输出标志、标志延迟、过热保护、电流源及电压源等电路。各引脚功能如下：

VIN（1脚）：正电源输入端。在该脚接入合适的旁路电容可优化其瞬变电压，并可为芯片提供所需的交换电流。

OUTPUT（2脚）：内部开关输出端。在VOUT/VIN的一个工作周期内，该脚上的电压可在（+VIN-VSTART）和-0.5V之间相互切换。

ERROR FLAG（3脚）：错误标志输出端。当芯片的输出电压超出调整范围（至少95%的标称值）时，其内部三极管的开路集电极输出为低（≤0.6V）时，芯片处于关断状态，其赋关断电流为90μA；该脚为高电平（≥2.0V）时，芯片处于正常工作状态。它的典型开关阈值电压为1.3V，内部最大箝位电压为7V。若输入该脚的电压比箝位电压高，则必须通过外部电阻进行分压以确保它的电流不超过1mA。当输入该脚的电压达到1.8V，芯片的工作周期最小，而后随着电压的升高，工作周期也随之增大，当达到2.8V或更高时达到最大（100%）.因此，在该脚接入一个电容可实现软启动功能，芯片的内部电源源将给该电容充电电到箝位电压。该脚的电压低于1.3V时，其充电电流为5μA，而在高于1.3V时将降至1.6μA，这可用较小的软启动电容来实现。

3 元器件的选择

3.1 电感

正常启动（非软启动，也非输出短路）时，经过电感的电流将可能因为瞬间的变化而超过芯片限制电流ICLIM，ICLIM应比负载电流ILOAD大。在过载状态下，还有可能导致电感的饱和。通常，芯片会通过阻止电感电流超过ICLM来保护自身。但如果DC输入电压超过40V，芯片将无能为力，使通过电感的电流会一直升高到器件损坏。为了确保系统的可靠性，当DC输入电压超过40V时，电感的瞬时电流应设置为ICLIM而不是电感的饱和电流。

3.2 输入电容

在地与VIN脚之间应接一个旁路电容，而且应尽量靠近芯片，引脚也应尽中能短。该电容可用来防止输入端的大电压瞬变，也可为开关的启动提供瞬时电流。

3.3 输出电容

输出电容COUT可用来对输出进行滤波，以提高芯片环路的稳定性。COUT应为低阻抗、低ESR固态箔式电容，它的ESR值最少不能低于100mΩ,否则可能造成短路。但若ESR太大，钭可能影响到系统效率和输出额定电压，因此，对ESR必须小心选择。

3.4 箝位二极管

由于LM2593HV的开关速率很快且前向电压降较低，因此要选用一个肖基特二极管，以便在开关断开时为电感提供电流。该二极管的额定电压应大于DC的输入电压（非输出）。

3.5 关断/软启动

在内部电流受限时，启动时的电流抑制是非常有用的。可用软启动替代压封锁或延迟启动，而极低的输出电压斜波需要较大的软启动电容。若仅用到关断功能，则可省掉该电容。

4 常规应用

4.1 反向调节器

图2是带有一个公共地的正负电压转换电路。LM2593HV可在FEEDBACK脚检测到反向输出电压，并对其进行调整。LM2593HV的最大输出电流取决于输入、输出电压的大小。其开关峰值电流IPEAK由下式决定（效率为100%）：

IPEAK=ILOAD(VIN+VOUT)/VIN+[(VINVOUT) ×[(VINVOUT×10 6)/2Lf(VIN+VOUT)]

式中：L单位为μA，f单位为Hz。

通过调节器的最大电压是输入、输出电压的绝结值之和，但不能超过60V。如将20V的输入电压转换成-5V的输出电压，则在地与输入脚间的电压为25V。LM2593HV允许的最大输入电压为60V。

图2中的二极管D1可用来消除在小负载或无负载情况下的输入电压脉冲噪声。在低输入时，可用肖特基二极管，而在高输入时可用1N5400。

该调节器在启动时需较大的输入电流，即使是在小负载时，也应与LM2593HV的电流（约4.0A）相当。因此，图2中便用了软启动电路。同时给出了它的几种关断方式。

4.2 欠压锁定

在有些应用中，需要调节器在输入电压到预公平值时不再变化。图3是突变式调节器的欠压锁定电路，图4是其反向时的连接电路。图3用齐纳二极管Z1来设置开关启动时的阈值电压。当输入小于齐纳电压时，电阻R1、R2将SD/SS脚置低，芯片开始工作。欠压锁定的阈值电压比齐纳电压约高1.5V。图4（a）给出了开和关的一个连续阈值电压。若用磁滞电路。则图4（b）的开电压与关电压将有所不同。其磁滞量近似等于输出电压值。由于SD/SS脚寄存有一个约7V的齐纳钳位电压，所以，当Q1开路时，通过R2的电流约为1mA。

4.3 负电压充电泵

有时电路也可以用一个充电泵来满足小电流、负电压输出的需要，具体电路如图5所示。这个负电压的大小等于正确入电压，并可提供600mA的输出电流。然而必须保证在可调节正输出端有最小1.2A的负载，以确保充电泵的正常工作。电阻R1用于使C1的充电电流不大于LM2593HV的限制电流。这种方法也可用于其它简单的转换系统。

5 典型应用

LM2593HV的应用十分广泛，而且只需极少的外部元器件即可达到稳压的目的，操作也很方便、简单。图6是LM2593HV的典型应用电路图。