Высоковольтный импульсный регулятор автомобильного класса LM5001-Q1 компании Texas Instruments

Введение

Построение источников питания для автомобильной электроники — сложная и ответственная задача [1, 2]. Регуляторы напряжения в таких источниках должны работать в широком диапазоне номинальных напряжений, быть устойчивыми к воздействию кондуктивных помех и статических разрядов, а также иметь широкий диапазон рабочих температур.

Компания Texas Instruments, Inc. (США, Техас) предлагает более 120 наименований аттестованных для автомобильной промышленности микросхем импульсных DC/DC-преобразователей. Одной из них является высоковольтный импульсный регулятор LM5001-Q1, появившийся на рынке совсем недавно, и потому информации на русском языке об этой микросхеме практически нет.

Микросхема LM5001-Q1, предназначенная для построения эффективных импульсных преобразователей постоянного напряжения с различной топологией силовых частей (повышающей, обратноходовой, прямоходовой, SEPIC), соответствует стандарту AEC-Q100 (стресс-тест контроль для интегральных схем) [3, 4]. Ее можно использовать для построения источников питания с DC/DC-преобразователями для промышленных, телекоммуникационных и автомобильных приложений. Структура регулятора включает в себя ключевой МОП-транзистор, датчик тока, схему попериодного ограничения пикового значения тока, высоковольтный регулятор напряжения смещения, широко­полосный усилитель ошибки.

Семейство высоковольтных импульсных регуляторов LM500x состоит из четырех микросхем, характеристики которых приведены в табл. 1 [5]. Основным различием микросхем LM5001 и LM5001-Q1 является область их применения. Структура и принцип работы этих микросхем идентичны.

Основные сведения о микросхеме LM5001

Описание выводов микросхемы

На рис. 1 представлена цоколевка выводов микросхемы LM5001 для различных видов корпусов, а в табл. 2 приведено описание функций выводов микросхемы.

Рис. 1. Цоколевка микросхемы LM5001 для восьмивыводных корпусов (вид сверху):
а) SOIC (D);
б) WSON (NGT)

Структура и принцип работы микросхемы

Микросхема LM5001-Q1 представляет собой высоковольтный импульсный регулятор, обладающий всеми функциями для построения эффективных импульсных преобразователей постоянного напряжения (DC/DC-преобразователей) с различной топологией силовых частей — повышающей (Boost), обратноходовой (Flyback), прямоходовой (Forward), SEPIC (Single-Ended Primary Inductor Converter — несимметричный преобразователь на катушках индуктивности), но при этом с использованием лишь нескольких внешних компонентов. Данную микросхему целесообразно применять при построении источников питания для промышленных, телекоммуникационных и автомобильных приложений.

Этот простой в использовании регулятор содержит n-канальный МОП-транзистор на напряжение 75 В, датчик тока этого транзистора, схему ограничения пикового значения тока с порогом 1 А, высоковольтный регулятор напряжения смещения V_CC (напряжения питания драйвера встроенного МОП-транзистора), широкополосный усилитель ошибки (рис. 2). Кроме ограничения тока, в микросхеме реализованы такие функции защиты, как блокировка при понижении входного напряжения (UVLO — Under-Voltage Lock-Out) и тепловая защита. Микросхема имеет возможность внешнего разрешения работы (Enable) или отключения микросхемы (Shutdown).

Рис. 2. Функциональная схема микросхемы LM5001-Q1

Функция ограничения пикового значения тока может применяться для плавного пуска регулятора. Вывод EN можно использовать для блокировки при понижении входного напряжения (UVLO) во время пуска, чтобы не допустить работу микросхемы с входным напряжением, меньшим минимально требуемого.

Частота переключений ключевого транзистора, устанавливающаяся с помощью единственного резистора, может достигать 1,5 МГц. Кроме того, задающий генератор может быть синхронизирован внешними тактовыми импульсами. Микросхема способна работать при температуре кристалла –40…125 °C, что соответствует стандарту AEC-Q100. Регулятор, имеющий ультраширокий диапазон входного напряжения (3,1–75 В), осуществляет регулирование выходного напряжения с точностью 1,5%, обеспечивает пилообразное напряжение компенсации наклона кривой тока, а также максимальный коэффициент заполнения (относительную длительность включенного состояния ключевого транзистора), равный 85%.

В начале каждого периода переключений задающий генератор посредством тактового импульса u_т устанавливает логику драйвера в состояние логической «1» и включает силовой МОП-транзистор для протекания тока в силовой части преобразователя через катушку индуктивности или трансформатор. Пиковое значение тока силового МОП-транзистора управляется напряжением на выводе COMP, которое повышается при увеличении нагрузки и снижается при ее уменьшении. Это напряжение сравнивается с суммой напряжения, пропорционального току силового МОП-транзистора, и напряжения пилы u_п, генерируемой внутри микросхемы. Когда суммарный сигнал превышает напряжение на выводе COMP, то ШИМ-компаратор сбрасывает логику драйвера, выключая силовой МОП-транзистор. В начале следующего рабочего периода логика драйвера снова устанавливается задающим генератором в состояние «1».

Особенности работы основных узлов микросхемы LM5001

Высоковольтный регулятор напряжения смещения V_CC

Рабочий диапазон входного напряжения регулятора напряжения V_CC составляет 3,1–75 В. Высоковольтный регулятор напряжения смещения V_CC с низким падением напряжения (HV-LDO) микросхемы LM5001-Q1 позволяет ей работать при минимально возможном входном напряжении U_вх. Когда входное напряжение находится в диапазоне 2,8–6,9 В, напряжение V_CC ≈ U_вх. При U_вх > 6,9 В напряжение V_CC будет поддерживаться на уровне 6,9 В. Ток выхода регулятора напряжения V_CC ограничен значением 20 мА. Во время включения, когда напряжение U_вх > 2,8 В, а напряжение на выводе EN больше 0,45 В, регулятор напряжения V_CC включается и подает ток на внешний керамический конденсатор емкостью не менее 0,47 мкФ, который необходимо подключить к выводу VCC. К этому же выводу можно подключить дополнительный источник напряжения, чтобы уменьшить рассеяние мощности микросхемы. Если дополнительное напряжение больше 6,9 В, внутренний регулятор напряжения V_CC выключается, и при нормальной работе устройства внутренняя рассеиваемая мощность уменьшается. КПД преобразователя будет больше, если входное напряжение U_вх гораздо выше напряжения дополнительного источника. В этом случае также уменьшается рассеиваемая микросхемой мощность.

Дополнительное напряжение, подаваемое на вывод VCC, не должно превышать 14 В. Регулятор напряжения V_CC включает в себя МОП-транзистор со встроенным параллельным диодом (рис. 2), который в нормальном режиме не должен иметь прямое смещение. Таким образом, напряжение дополнительного источника напряжения на выводе VCC никогда не должно превышать входное напряжение U_вх.

В высоковольтных приложениях должны быть приняты дополнительные меры, чтобы напряжение на выводе VIN не превышало абсолютного максимального значения 76 В. «Звон» (затухающие колебания) входного напряжения U_вх во время переходных процессов на входе, при которых превышаются предельно допустимые значения напряжений, может привести к выходу из строя микросхемы. Большое значение имеют аккуратная разводка печатной платы и использование качественных конденсаторов между выводами VIN и GND, которые следует располагать как можно ближе к этим выводам.

В обычных обратноходовых приложениях к выводу VCC через диод подключается дополнительная обмотка трансформатора, которая должна поднять напряжение V_CC выше 6,9 В, чтобы отключить внутренний регулятор. Ток этой обмотки должен быть относительно мал, обычно он менее 20 мА.

Задающий генератор и организация внешней синхронизации

Частоту задающего генератора микросхемы LM5001—Q1 устанавливает один внешний резистор, подключаемый между выводами RT и GND. Если желаемая частота переключений генератора равна f_п, то необходимое значение сопротивления резистора R_T рассчитывается по формуле

R_T = 13,1 × 10⁹ × (1/f_п – 83 нс).        (1)

При установке частоты переключений f_п необходимо учитывать допустимые значения сопротивления внешнего резистора и частоты переключений, указанные в электрических характеристиках микросхемы.

Микросхема также может быть синхронизирована по фронту импульсов от внешнего тактового генератора, частота которого должна быть больше собственной частоты задающего генератора, установленной резистором R_T. Тактовый сигнал должен быть подан на вывод RT через конденсатор емкостью 100 пФ. Размах импульсов на выводе RT должен быть больше 2,6 В. Микросхема регулирует среднее значение напряжения на резисторе R_T на уровне 1,5 В. Отрицательная амплитуда импульсов синхронизации поддерживается равной 1,5 В внутренним усилителем микросхемы с выходным сопротивлением примерно 100 Ом. Таким образом, для успешной организации внешней синхронизации задающего генератора двуполярный импульс, прикладываемый к резистору R_T, должен иметь положительную амплитуду не менее 1,1 В. Длительность импульсов синхронизации на выводе RT должна быть больше 15 нс и меньше 5% от периода переключений.

Фронт импульсов синхронизации формирует фронт внутреннего тактового сигнала u_т, который включает силовой МОП-транзистор. Резистор R_T требуется в любом случае: и при настройке собственной частоты задающего генератора, и при внешней синхронизации. Он должен быть расположен как можно ближе к микросхеме и подключен непосредственно к ее выводам RT и GND.

Режимы работы микросхемы

Микросхема LM5001-Q1 имеет два уровня разрешения работы («Отключение» и «Ожидание»), которые реализуются с помощью двух компараторов, связанных с выводом EN . Когда напряжение на выводе EN ниже 0,45 В, микросхема находится в режиме отключения с низким током потребления (около 95 мкА) и отключенным регулятором напряжения V_CC. Когда напряжение на выводе EN выше порога отключения, равного 0,45 В, но ниже порога ожидания в 1,26 В, регулятор напряжения V_CC включается, а оставшаяся часть микросхемы остается отключенной. Когда напряжение на выводе EN поднимается выше порога ожидания в 1,26 В, а напряжение V_CC будет больше порога в 2,8 В, разрешается работа всех узлов микросхемы и начинается нормальная работа регулятора. Контроллер остается включенным до тех пор, пока напряжение V_CC не опустится ниже 2,7 В или напряжение на выводе EN не станет ниже 1,16 В (для пороговых значений 2,8 В и 1,26 В имеется гистерезис в 100 мВ).

Внутренний источник тока в 6 мкА подтягивает напряжение на выводе EN  до нужного значения, чтобы разрешить работу микросхемы, когда на вывод EN  ничего не подается.

Усилитель ошибки и ШИМ-компаратор

Внутренний усилитель ошибки с высоким коэффициентом усиления генерирует сигнал ошибки, пропорциональный разности между регулируемым выходным напряжением и внутренним опорным напряжением микросхемы LM5001—Q1. Выход усилителя ошибки подключен к выводу COMP, что позволяет разработчику импульсного преобразователя добавлять в схему управления цепь коррекции, как правило, 2-го порядка. Для примера, показанного на рис. 3а, передаточная функция усилителя ошибки с учетом цепи коррекции будет иметь вид [4, 6]:

где K_уо — коэффициент усиления по постоянному току, t₁ и T₁ — постоянные времени, причем

Рис. 3.
а) Подключение цепи коррекции второго порядка;
б) асимптотическая ЛАЧХ усилителя ошибки с учетом цепи коррекции

Эта цепь коррекции создает низкочастотный полюс (p = 0), который дает перво­начальный наклон –20 дБ/дек асимптотической логарифмической амплитудно-частотной характеристики (ЛАЧХ) усилителя ошибки L_уо(w) (рис. 3б). Для точного регулирования выходного напряжения коэффициент усиления K_уо должен быть достаточно большим. Нуль кривой w_н = 1/t₁ обеспечивает большое значение фазы вблизи частоты среза w_с, чтобы иметь существенный запас устойчивости по фазе, а высокочастотный полюс w_п = 1/T₁ способствует ослаблению высокочастотных колебаний, вызванных переключениями ключевого транзистора. ШИМ-компаратор сравнивает сигнал на выходе усилителя датчика тока с выходным напряжением усилителя ошибки на выводе COMP.

Когда требуется гальваническая развязка первичной и вторичной цепей, внутренний усилитель ошибки, как правило, отключается подключением вывода FB к выводу GND. Это позволяет выводу COMP непосредственно управляться коллектором оптопары. В конструкциях с гальванической развязкой устанавливается внешний усилитель ошибки, находящийся во вторичной цепи, который управляет светодиодом оптопары. Цепь коррекции подключается к усилителю ошибки на вторичной стороне.

Управление по току и компенсация наклона кривой тока

Микросхема LM5001-Q1 работает в режиме управления по пиковому значению тока, которое также обеспечивает функцию попериодного ограничения тока. Внутренний резистивный датчик тока сопротивлением 50 мОм измеряет ток истока встроенного МОП-транзистора. Напряжение на резисторе с помощью операционного усилителя усиливается в 30 раз, чтобы обеспечить сигнал 1,5 В/А, подаваемый на компаратор ограничения тока. Ограничение тока включается, если входное напряжение отвечающего за это компаратора превышает порог 1,5 В, соответствующий току 1 А. При этом вывод SW немедленно переключается в z-состояние (состояние высокого импеданса).

Сигнал тока МОП-транзистора перед подачей на ШИМ-компаратор умножается на коэффициент 0,05×30×0,7 = 1,05 В/А. Затем полученный сигнал суммируется с пилообразным напряжением, имеющим амплитуду 450 мВ (в начале периода подключений — 0 В, в конце периода переключений — 450 мВ). Суммарный сигнал сравнивается в ШИМ-компараторе с сигналом управления, который достигает 1,5 В, когда ток МОП-транзистора равен 1 А.

Добавление к сигналу с датчика тока пилообразного напряжения с фиксированным наклоном называется компенсацией наклона кривой тока. Она используется в структурах с ШИМ и управлением по току для устранения субгармонических колебаний тока в виде чередования коротких и длинных ШИМ-импульсов, возникающих в статических режимах работы с коэффициентом заполнения более 50%.

Тепловая защита

Внутренняя схема тепловой защиты микросхемы LM5001-Q1 необходима для ее отключения при достижении максимально допустимой температуры кристалла, равной 165 °C. При этом регулятор переводится в состояние ожидания с низким энергопотреблением и с отключением всех узлов, кроме регулятора напряжения V_CC. Дальнейшая работа регулятора будет разрешена только после уменьшения температуры кристалла на 20 °С.

Силовой МОП-транзистор

Структура микросхемы LM5001-Q1 содержит n-канальный МОП-транзистор с сопротивлением во включенном состоянии, составляющим 440 мОм, которое изменяется при варьировании температуры. Типовой заряд затвора встроенного МОП-транзистора составляет 4,5 нКл, он обеспечивается от напряжения V_CC, когда транзистор включен.

Особенности применения микросхемы LM5001

Вывод VIN

Величина тока, проходящего через вывод VIN, зависит, прежде всего, от заряда затвора силового МОП-транзистора, частоты переключения и внешней нагрузки вывода VCC. Чтобы подавить переходные процессы, которые могут возникнуть при подаче входного сигнала, рекомендуется использовать фильтр таким образом, как показано на рис. 4. Это особенно важно тогда, когда входное напряжение U_вх близко к максимальному значению рабочего диапазона микросхемы LM5001-Q1. Чтобы установить минимальное значение входного напряжения высоковольтного регулятора, можно расположить внешний резистивный делитель между выводами VIN и GND. Сопротивления резисторов делителя должны быть выбраны такими, чтобы напряжение на выводе EN превышало порог ожидания в 1,26 В, а входное напряжение U_вх находилось выше желаемого минимального значения.

Рис. 4. Защита от переходных процессов на входе

При определении значений резисторов делителя должен быть учтен внутренний источник тока величиной 6 мкА. Пороги отключения и ожидания имеют гистерезис в 100 мВ, что предотвращает возникновение шума от переключения между этими двумя режимами. В тех случаях, когда входное напряжение U_вх ниже 3,5 В во время пуска и рабочая температура ниже –20 °C, вывод EN должен иметь подтягивающий резистор, обеспечивающий протекание тока величиной не менее 2 мкA. Вывод EN внутренне защищен стабилитроном на 6 В через резистор сопротивлением 1 кОм. Разрешающее напряжение может превышать напряжение стабилитрона, однако ток стабилитрона должен быть меньше 4 мА.

Вывод SW

Повышенное внимание должно быть уделено разводке проводящего слоя на печатной плате для вывода SW, подключающегося к стоку силового МОП-транзистора микросхемы LM5001-Q1. В паразитной индуктивности и емкости проводящего слоя может накапливаться энергия, которая вызывает скачки при переключениях, отрицательно влияющие на КПД, а также кондуктивные и излучаемые помехи. Проводники, подключенные к выводу SW, должны быть как можно короче, чтобы снизить паразитную индуктивность, и как можно шире, чтобы уменьшить сопротивление.

Длины цепей, соединяющих выводы микросхемы SW, GND, выводы трансформатора или индуктивности, а также соответствующие обратные цепи, должны быть минимальными.

Выбор делителя напряжения на выводе EN/UVLO

Для установки минимального рабочего напряжения силового преобразователя могут быть использованы два внешних резистора (рис. 5). Когда напряжение на выводе EN падает ниже порога 1,26 В, внутренний гистерезис в 100 мВ предотвращает шум от переключения состояний, поэтому напряжение на выводе должно быть уменьшено до 1,16 В для перехода в режим ожидания. Значения сопротивлений резисторов R1 и R2 могут быть определены из уравнений

где U_вкл — желаемое напряжение включения; I_д — произвольно выбираемый ток через резисторы R₁ и R₂.

Рис. 5. Основная конфигурация вывода EN для защиты от понижения входного напряжения

Например, если микросхема должна быть включена, когда напряжение U_вкл достигает 16 В, ток I_д может быть выбран равным 501 мкА, и он будет установлен резисторами с сопротивлениями R₁ = 29,4 кОм и R₂ = 2,49 кОм. Напряжение на выводе EN не должно превышать 10 В, если только ток через защитный стабилитрон на 6 В не ограничивается значением ниже 4 мА.

Напряжение на выводе EN никогда не должно превышать 14 В. Поэтому необходимо проверять мощность и номинальное напряжение для выбранного резистора R₁ (некоторые резисторы 0603 имеют низкое номинальное напряжение, например 50 В).

Удаленная настройка режимов работы контроллера может быть выполнена с открытым стоком (коллектором) устройств, подключенных к выводу EN (рис. 6). МОП- или n-p-n-транзисторы, подключенные к выводу EN, могут перевести регулятор в маломощное выключенное состояние. Добавление p-n-диода в цепь стока (или коллектора) обеспечивает смещение, необходимое для достижения состояния ожидания. Преимущество режима ожидания заключается в том, что регулятор напряжения V_CC не отключается, благодаря чему внешние цепи, питающиеся от этого напряжения, остаются работоспособными.

Рис. 6. Удаленное управление режимами ожидания и отключения

Плавный пуск

Плавный пуск микросхемы LM5001-Q1 может быть реализован с помощью внешнего конденсатора, подключенного к выводу COMP через диод (рис. 7). Разряд конденсатора через вывод COMP и МОП-транзистор происходит во время режимов отключения и ожидания, чтобы поддержать напряжение на выводе COMP ниже уровня смещения в 1,3 В на инвертирующем выводе ШИМ-компаратора и запретить ШИМ-импульсы. Усилитель ошибки пытается поднять напряжение на выводе COMP после того, как напряжение на выводе EN превысит порог ожидания 1,26 В.

Рис. 7. Схема плавного пуска

Выход усилителя ошибки только снижает ток, а внутренний подтягивающий резистор, имеющий сопротивление около 5 кОм, на выводе COMP обеспечивает ток заряда конденсатора C_SS. Последний постепенно повышает напряжение на выводе COMP до тех пор, пока выходное напряжение не станет регулироваться и пока вывод FB не примет на себя управление напряжением на выводе COMP и рабочим циклом ШИМ-модулятора. Конденсатор C_SS продолжает заряжаться через большое сопротивление R_SS, предотвращая вмешательство цепи плавного пуска в нормальное функционирование усилителя ошибки.

Во время режима отключения диод, подключенный к выводу VCC, разряжает конденсатор C_SS.

Управление по току и компенсация наклона кривой тока

Чтобы предотвратить неправильную работу с малым коэффициентом заполнения, цепь подавления по фронту ослабляет сигнал с датчика тока, когда включается силовой МОП-транзистор. Если МОП-транзистор включается впервые, то выбросы емкостных токов сток-исток и затвор-исток протекают через резистор датчика тока. Эти токи переходных процессов обычно затухают примерно через 50 нс при правильном подборе выпрямительных диодов и правильной разводке печатной платы.

Температурная защита

Так как регулятор напряжения V_CC во время работы температурной защиты функционирует, схема плавного пуска, показанная на рис. 6, должна быть дополнена, если требуется плавный пуск при выходе из состояния температурного отключения.

Типовые применения микросхемы LM5001

На рис. 8–12 показаны примеры построения неизолированного и изолированного обратно­ходового и повышающего преобразователей, SEPIC-преобразователя с выходами на 24 и 12 В (автомобильное приложение), в которых используется импульсный регулятор напряжения LM5001.

Неизолированный обратноходовой преобразователь

Неизолированный обратноходовой преобразователь (рис. 8) использует внутреннее опорное напряжение для заданного выходного напряжения. Выходное напряжение равно 5 В при выходном токе 1 А, а входное напряжение может изменяться в пределах 16–42 В. Частоту переключений можно устанавливать до 250 кГц. Дополнительная обмотка трансформатора ТV1 обеспечивает напряжение 7,5 В для питания микросхемы LM5001 во время регулирования выходного напряжения. Такой способ питания отключает внутренний высоковольтный регулятор напряжения VCC (LDO) и повышает КПД.

Рис. 8. Неизолированный обратноходовой преобразователь

Нижний порог входного напряжения составляет 13,9 В. Преобразователь может быть выключен путем уменьшения напряжения на выводе EN ниже 1,26 В с помощью транзистора с открытым коллектором или стоком. К выводу SYNC может быть подана внешняя частота синхронизации. К выводу COMP можно дополнительно подключить схему плавного пуска. При подаче питания конденсатор плавного пуска C7 разряжен и ограничивает напряжение, приложенное к ШИМ-компаратору от внутреннего усилителя ошибки.

Внутренний подтягивающий резистор вывода COMP с примерным сопротивлением 5 кОм заряжает конденсатор плавного пуска до тех пор, пока не начнется процесс регулирования. Резистор R7, подключенный к выводу VCC, продолжает заряжать конденсатор C7, так что схема плавного пуска не влияет на цепь компенсации в нормальном режиме работы. Если выходная емкость мала, схема плавного пуска может быть использована для ограничения выбросов выходного напряжения при включении питания. Если выходная емкость достаточно велика, то схема плавного пуска не нужна, потому что микросхема LM5001 постепенно заряжает выходной конденсатор с ограничением тока примерно на уровне 1 А (I_lim), пока не начнется процесс регулирования.

Изолированный обратноходовой преобразователь

Изолированный обратноходовой преобразователь (рис. 9) использует опорное напряжение 2,5 В от микросхемы программируемого стабилитрона LM431, расположенного на изолированной вторичной стороне, для заданного выходного напряжения. Внутренний усилитель ошибки микросхемы LM5001 отключен заземлением вывода FB. Программируемый стабилитрон LM431 контролирует ток через светодиод оптопары, устанавливающий напряжение на выводе COMP. Цепь R4–C3 поднимает фазочастотную характеристику оптопары, чтобы расширить полосу пропускания контура управления. Выходное напряжение равно 5 В при выходном токе 1 А, входное напряжение изменяется в пределах 16–42 В. Частота переключений может быть установлена до 250 кГц.

Рис. 9. Изолированный обратноходовой преобразователь

Повышающий преобразователь

Повышающий преобразователь (рис. 10) использует внутреннее опорное напряжение для заданного выходного напряжения. Выходное напряжение равно 48 В при выходном токе 150 мА, входное напряжение может изменяться в пределах 16–36 В. Частота коммутаций может быть установлена до 250 кГц. Внутренний регулятор напряжения V_CC обеспечивает напряжение смещения 6,9 В, так как нет простого способа создавать дополнительное напряжение для повышающей схемы. Обратите внимание, что повышающая схема не обеспечивает выходную защиту от короткого замыкания, потому что силовой МОП-транзистор не способен разорвать цепь между входом и выходом.

Рис. 10. Повышающий преобразователь

SEPIC-преобразователь с выходным напряжением 24 В

SEPIC-преобразователь с выходным напряжением 24 В (рис. 11) использует внутреннее опорное напряжение для заданного выходного напряжения. Выходное напряжение равно 24 В при выходном токе 250 мА, входное напряжение может изменяться в пределах от 16 до 48 В. Частота коммутаций может быть установлена до 250 кГц. Внутренний регулятор напряжения V_CC обеспечивает напряжение смещения 6,9 В для микросхемы LM5001.Дополнительное напряжение может быть получено путем добавления индуктивности L2.

Рис. 11. SEPIC-преобразователь с выходным напряжением 24 В

SEPIC-преобразователь с выходным напряжением 12 В для автомобильных приложений

SEPIC-преобразователь с выходным напряжением 12 В для автомобильных приложений (рис. 12) использует внутреннее опорное напряжение для заданного выходного напряжения. Выходное напряжение равно 12 В при выходном токе 50 мА, входное напряжение может изменяться в пределах 3,1–60 В. Номинальный выходной ток может быть увеличен, если повысить минимально требуемое входное напряжение. Частота переключений может быть установлена до 750 кГц. Внутренний регулятор напряжения V_CC обеспечивает напряжение смещения 6,9 В для микросхемы LM5001. Выходное напряжение допустимо использовать в качестве дополнительного напряжения, если номинальное входное напряжение больше 12 В. Для этого нужно подключить диод с выхода на вывод VCC. В этом случае минимальное входное напряжение должно быть больше 12 В, чтобы предотвратить открывание внутреннего диода между выводами VCC к VIN. Если приложенное напряжение V_СС превышает минимальное входное напряжение, то требуется внешний блокирующий диод между выводом VIN и источником питания, чтобы предотвратить протекание тока от вывода VCC к источнику питания на входе.

Рис. 12. SEPIC-преобразователь с выходным напряжением 12 В

Рекомендации по разводке печатной платы

В микросхеме LM5001 компаратор датчика тока и ШИМ-компаратор являются быстродействующими, и потому они способны отреагировать на импульсы помех короткой длительности. Компоненты, подключенные к выводам SW, COMP, EN и RT, должны располагаться как можно ближе к микросхеме, чтобы минимизировать шумы и помехи на дорожках печатной платы.

Вывод SW микросхемы LM5001 должен иметь короткие и широкие силовые проводники, связывающие его с дросселями, трансформаторами и конденсаторами, чтобы минимизировать паразитные индуктивности, уменьшающие КПД и увеличивающие кондуктивные и излучаемые помехи. Рекомендуется устанавливать керамические разделительные конденсаторы между выводами VIN и GND, а также между VCC и GND. Необходимо использовать короткие и прямые соединения, чтобы избежать дрожания тактовых импульсов из-за меняющегося потенциала «земли». Предпочтительнее использовать конденсаторы типа X7R или X5R для поверхностного монтажа, чтобы получить хорошие частотные свойства и ограничить влияние температуры и приложенного напряжения на их параметры.

Если в тех схемах, в которых используется микросхема LM5001, ее выводы сильно нагреваются во время нормальной работы, то несколько сквозных отверстий от вывода GND к слою заземления печатной платы помогут отвести тепло от микросхемы. Разумное размещение печатной платы внутри конечного продукта, а также использование любой возможности обдува воздушным потоком позволяет снизить температуру выводов. При использовании принудительного воздушного охлаждения следует избегать установки микросхемы LM5001 в воздушном потоке за большими компонентами, такими как входные конденсаторы, катушки индуктивности или трансформаторы.