Spínaný zdroj za pár minút, so spínacím regulátorom L5973D

Spínané zdroje sa presadzujú pre svoju nespornú výhodu – podstatne vyššiu účinnosť, než klasické lineárne stabilizátory. Spínané zdroje majú na rozdiel od lineárnych, viac-menej rovnakú účinnosť pri rôznych pomeroch vstupného / výstupného napätia, ktorá väčšinou býva 80-95%. Čiže ak potrebujeme výstupné napätie podstatne nižšie než vstupné (napr. 5V z 24V), má spínaný stabilizátor stále výbornú účinnnosť, na rozdiel od takmer katastrofických cca 20% u lineárneho stabilizátora. Pre mnohé aplikácie je najvhodnejším riešením hotový DC/DC modul alebo použitie spínaných stabilizátorov priamo nahradzujúcich stabilizátory typu 78xx. Pre mnohé aplikácie je však vhodnejšie riešenie z diskrétnych súčiastok. Z našej ponuky spínaných regulátorov by sme vám chceli predstaviť perspektívny obvod L5973D od ST Microelectronics.

L5973D je spínaný znižujúci regulátor (step down) s integrovaným výstupným 2,5A tranzistorom P-FET D-MOS, pracujúci na frekvencii 250kHz v púzdre HSOP-8. Vstupné napätie môže byť 4-36V a výstupné 1,235 až 35V. Pre konštrukciu zdroja je potrebných len minimum externých súčiastok. Vďaka integrovanému výstupnému tranzistoru je ľahké dosiahnuť optimálne rozmiestnenie súčiastok a krátke výkonové cesty na DPS, preto je omnoho ľahšie dosiahnuť minimálne rušenie (EMI) v porovnaní s riešením s externým spínacím tranzistrom. L5973D obsahuje tepelnú poistku, ako aj nadprúdovú ochranu, ktorá limituje maximálny prúd v každom cykle. Chladenie zabezpečuje ploška na spodnej strane obvodu. Veľkou výhodou obvodu je, že dokáže pracovať aj s nízkym úbytkom (LDO) a pracovným cyklom 100% (duty cycle), t.j. ak sa vstupné napätie blíži výstupnému (napr. vybíjajúci sa akumulátor), dokáže L5973D preniesť na výstup prakticky rovnaké napätie aké má na vstupe. To je obzvlášť výhodné u batériových aplikácií, kedy potrebujeme zaistiť funkčnosť zariadenia aj v kritických podmienkach.

Pre navrhnutie funkčného zdroja, je potrebné len vhodne zvoliť hodnotu indukčnosti, výstupného kondenzátoru a samozrejme použiť príslušné rezistory v spätnoväzobnom deliči pre dosiahnutie požadovaného výstupného napätia. Ako rekuperačná dióda vyhovie takmer každá dostatočne dimenzovaná schottky dióda. Indukčnosti postačia pomerne malé SMD typy s indukčnosťou rádovo v desiatkach uH, pričom ich výber nie je kritický. Ako výstupný kapacitor možno použiť mnohé elektrolytické alebo tantalové kondenzátory, vhodná je aj paralelná kombinácia niekoľkých elektrolytických kondenzátorov, čím sa dosiahne ich menší celkový ESR a tým menšie zvlnenie výstupného napätia. Keramické kondenzátory sú veľmi vhodné pre použitie na vstupe obvodu (príp. paralelne s elektrolytickým), ale na výstupe by ich príliš malý vnútorný odpor spôsobil nestabilitu obvodu, v takom prípade by bolo potrebné použiť komplexnejší kompenzačný obvod popísaný v datasheete. S keramickými kondenzátormi na vstupe a tantalovým kondenzátorom na výstupe je možné s obvodom L5973D navrhnúť výkonný spínaný zdroj na minimálnej ploche o veľkosti niekoľkých cm². L5973D má vnútornú referenciu 3,3V, ktorú môžeme použiť vo vlastnej aplikácii podľa potreby, ďalej má vstup „inhibit“ pre zastavenie činnosti regulátora a dosiahnutie nulovej spotreby. Navyše má L5973D vstup „sync“, pomocou ktorého môžeme synchronizovať viaceré obvody alebo ho využiť pre čiastočné rozmietanie pracovnej frekvencie a tým dosiahnúť ďalšie zníženie EMI pomocou rozprestrenia spektra. Pre dosiahnutie extrémne nízkeho zvlnenia o veľkosti niekoľko mV, je možné doplniť obvod sekundárnym LC filtrom.

Dostupná je aj verzia L5973AD s o niečo nižším spínacím prúdom - 2A, ale s pracovnou frekvenciou až 500 kHz.

Detailné informácie obsahuje datasheet L5973D a L5973AD. Aplikačná príručka AN1518 obsahuje ďalšie užitočné tipy ako aj jednoduché zapojenie na pomalý nábeh zdroja (soft start).

Veľkou výhodou obvodu L5973D je jeho pomerne veľmi prijateľná cena. V prípade záujmu nás prosím kontaktujte na adrese info@soselectronic.sk.