整理LM2576 做负电压中电路出现的问题

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咖喱凉 发表于 2025-9-13 19:09 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 咖喱凉 于 2025-9-13 19:20 编辑

一、LM2576 简介
LM2576 是美国国家半导体(现并入 TI)推出的一款常见开关稳压器芯片,属于 Buck 降压型开关电源系列。它具有以下几个主要特点:
  • 固定频率 52kHz:内部振荡器提供固定开关频率,方便外围电路设计。
  • 输出电流能力强:可提供 3A 输出电流,效率远高于线性稳压器。
  • 多种固定输出电压版本:常见的有 3.3V、5V、12V、15V,以及可调版本。
  • 保护功能完善:具备热关断和限流保护。
  • 外围元件少:只需要电感、二极管、电容即可构成完整电源。

通常情况下,LM2576 被用作 正电压降压电路。但由于其内部拓扑支持 Buck-Boost 反向接法,因此也可以通过特殊设计实现 负电压输出,例如从 +12V 输入得到 -12V 输出。

二、LM2576 负电压典型电路
在官方 datasheet 里,给出了 LM2576-ADJ(可调版)用来生成负电压的典型电路。核心思路是:
  • 反向二极管与电感
    把二极管和电感接在“负载对地”的反向位置,使得开关导通时能量存入电感,关断时电感释放能量到负载,形成负压。
  • 参考电压调整
    LM2576-ADJ 通过电阻分压反馈,设定输出电压。要得到负压,就需要把反馈参考点连接到负电压端,保证反馈电路能检测到正确的电平。
  • 电感与电容选型
    由于电流方向与正压电路不同,电感和电容必须选择反向耐压满足要求的器件。

例如:输入 +12V,通过 LM2576-ADJ 反接电路,可以得到 -12V@2A 左右的输出。

三、设计负电压电路常见问题
尽管理论上 LM2576 可以稳定输出负电压,但在实际电路中,经常会遇到一些问题:
1. 启动失败
  • 现象:上电后输出电压为 0V 或不稳定,无法拉到目标负电压。
  • 原因

    • 启动电流过大,输入电源软启动不足。
    • 二极管方向接错或性能不足。
    • 输出电容 ESR 偏大,导致反馈环路无法稳定。

  • 解决

    • 确认二极管采用肖特基类型,反向耐压需大于输入电压。
    • 增加输入电容,保证启动瞬间电压稳定。
    • 输出电容建议选用低 ESR 电解或固态电容。


2. 负载带不动
  • 现象:轻载正常,一旦负载电流增加,输出电压掉到接近 0V。
  • 原因

    • 电感饱和电流不足。
    • 输出电容容量不足,动态响应差。
    • 芯片限流保护动作。

  • 解决

    • 电感选型需保证 ≥ 4A 峰值电流能力。
    • 输出电容加大容量,例如 220µF~470µF。
    • 检查输出功率是否超出 LM2576 负载极限。


3. 噪声与纹波大
  • 现象:输出负压带有较大纹波(几十 mV ~ 几百 mV),导致后级电路(如运放、ADC)干扰严重。
  • 原因

    • PCB 布局不合理,环路面积过大。
    • 电感和电容参数不合适。
    • 二极管反向恢复时间过长。

  • 解决

    • 尽量缩短开关环路面积。
    • 使用低 ESR 电解电容 + 陶瓷电容并联。
    • 使用肖特基二极管(如 1N5822 或 MBR360)。


4. 芯片发热严重
  • 现象:LM2576 在输出负压时发热量明显高于正压电路。
  • 原因

    • 负压电路下效率略低,损耗增加。
    • PCB 散热不良。

  • 解决

    • 在地平面下方增加铜箔散热。
    • 输出功率尽量控制在 20W 以下。
    • 必要时加散热片或风扇。


5. 输出电压漂移
  • 现象:负载变化时,输出电压会偏离设定值。
  • 原因

    • 反馈电阻分压网络设计不合理。
    • 布线过长引入干扰。

  • 解决

    • 反馈电阻采用 1% 精度,靠近芯片布线。
    • 适当并联小电容改善反馈稳定性。



四、应用案例
输入 +15V,输出 -12V/1A 为例,设计思路如下:
  • 芯片:LM2576-ADJ
  • 二极管:MBR360(3A/60V 肖特基)
  • 电感:100µH,饱和电流 ≥ 3.5A
  • 输出电容:470µF/25V 低 ESR 电解电容,并联 100nF 陶瓷电容
  • 输入电容:220µF/35V 电解电容
  • 反馈电阻:通过分压计算得到目标 -12V 输出

实测结果表明:
  • 轻载时输出纹波 < 80mV。
  • 满载 1A 时效率约 77%,芯片温升 40℃ 左右。
  • 若负载超过 2A,会进入限流保护,输出电压塌陷。


五、总结与经验
  • LM2576 做负电压是可行的,但效率比正压低,发热更明显
  • 二极管与电感的选型至关重要,必须满足电流和反向耐压要求。
  • PCB 布局直接影响纹波与稳定性,要尽量缩短高频环路。
  • 负载能力有限,适合中小功率(<20W)的负压供电场景,如运放电源、接口电路。
  • 如果需要更高效率或更大电流,建议选用 LM2596(150kHz 高速版) 或 TI 新一代同步整流降压-升压芯片。

dirtwillfly 发表于 2025-9-16 15:34 | 显示全部楼层
这个芯片够老的了
lf626384 发表于 2025-9-19 10:44 | 显示全部楼层
有专门对应的负压芯片,记得叫2596
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