Spínaný zdroj za pár minut se spínacím regulátorem L5973D

Spínané zdroje se prosazují pro svoji nespornou výhodu – podstatně vyšší účinnost než klasické lineární stabilizátory. Spínané zdroje mají na rozdíl od lineárních více-méně stejnou účinnost při různých poměrech vstupního / výstupního napětí, která většinou bývá 80-95%. Takže pokud potřebujeme výstupní napětí podstatně nižší než vstupní (např. 5V z 24V), má spínaný stabilizátor stále výbornou účinnost na rozdíl od téměř katastrofických cca 20% u lineárního stabilizátoru. Pro mnohé aplikace je nejvhodnějším řešením hotový DC/DC modul nebo použití spínaných stabilizátorů, přímo nahrazujících stabilizátory typu 78xx. Pro mnohé aplikace je však vhodnější řešení z diskrétních součástek. Z naší nabídky spínaných regulátorů bychom Vám chtěli představit perspektivní obvod L5973D od ST Microelectronics.

L5973D je spínaný regulátor (step down) s integrovaným výstupním 2,5A tranzistorem P-FET D-MOS, pracující na frekvenci 250kHz v pouzdru HSOP-8. Vstupní napětí může být 4-36V a výstupní 1,235 až 35V. Pro konstrukci zdroje je třeba jen minimum externích součástek. Díky integrovanému výstupnímu tranzistoru je snadné dosáhnout optimálního rozmístění součástek a krátké výkonové cesty na DPS, proto je mnohem snadnější dosáhnout minimálního rušení (EMI) v porovnání s řešením s externím spínacím tranzistorem. L5973D obsahuje tepelnou pojistku, rovněž i nadproudovou ochranu, která limituje maximální proud v každém cyklu. Chlazení zabezpečuje ploška na spodní straně obvodu. Velkou výhodou obvodu je, že dokáže pracovat i s nízkým úbytkem (LDO) a pracovním cyklem 100% (duty cycle), t.j. pokud se vstupní napětí blíží výstupnímu (např. vybíjející se akumulátor), dokáže L5973D přenést na výstup prakticky stejné napětí, jaké má na vstupu. To je obzvláště výhodné u bateriových aplikací, kdy potřebujeme zajistit funkčnost zařízení i v kritických podmínkách.

K návrhu funkčního zdroje je třeba jen vhodně zvolit hodnotu indukčnosti, výstupního kondenzátoru a samozřejmě použít příslušné rezistory ve zpětnonovazebním děliči k dosažení požadovaného výstupního napětí. Jako rekuperační dioda vyhovuje téměř každá dostatečně dimenzovaná schottky dioda. Jako indukčnosti postačí poměrně malé SMD typy s indukčností řádově v desítkách uH, přičemž jejich výběr není kritický. Jako výstupní kapacitu můžeme použít mnohé elektrolytické nebo tantalové kondenzátory, vhodná je i paralelní kombinace několika elektrolytických kondenzátorů, čímž se dosáhne jejich menší celkový ESR a tím menší zvlnění výstupního napětí. Keramické kondenzátory jsou velmi vhodné pro použití na vstupu obvodu (příp. paralelně s elektrolytickým), ale na výstupu by jejich příliš malý vnitřní odpor způsobil nestabilitu obvodu, v takovém případě by bylo nutné použít komplexnější kompenzační obvod, popsaný v datasheetu. S keramickými kondenzátory na vstupu a tantalovým kondenzátorem na výstupu je možno s obvodem L5973D navrhnout výkonný spínaný zdroj na minimální ploše o velikosti několika cm². L5973D obsahuje vnitřní referenci 3,3V, kterou můžeme použít ve vlastní aplikaci dle potřeby, dále vstup „inhibit“ pro zastavení činnosti regulátoru a dosažení nulové spotřeby. Navíc má L5973D vstup „sync“, pomocí kterého můžeme synchronizovat více obvodů, nebo ho využít k částečnému rozmítání pracovní frekvence a tím dosáhnout dalšího snížení EMI pomocí rozprostření spektra. K dosažení extrémně nízkého zvlnění o velikosti několika mV je možno doplnit obvod sekundárním LC filtrem.

Dostupná je i verze L5973AD s nižším spínacím proudem - 2A, ale s pracovní frekvencí až 500 kHz.

Detailní informace obsahuje datasheet L5973D a L5973AD. Aplikační příručka AN1518 obsahuje další užitečné tipy a jednoduchá zapojení pro pomalý náběh zdroje (soft start).

Velkou výhodou obvodu L5973D je jeho poměrně přijatelná cena. V případě zájmu nás prosím kontaktujte na adrese info@soselectronic.cz.