lm2587升压电路原理图-拍明芯城

LM2587升压电路原理图：详细介绍

LM2587是一款由Texas Instruments（德州仪器）生产的高效升压型DC-DC转换器，它广泛应用于需要将低电压升高到较高电压的场合，如电池供电设备、便携式电源、LED驱动电源等。LM2587具有多种特性，如高效率、较宽的输入电压范围和高可靠性，使其在各种电源设计中得到了广泛应用。

本文将详细介绍LM2587升压电路的工作原理、常见应用、基本电路设计、元器件选择以及常见问题的解决方法。

一、LM2587升压电路概述

LM2587是一款采用开关模式工作原理的升压型DC-DC转换器。它通过调节开关频率、控制开关管的开关状态，将输入电压升高到期望的输出电压。LM2587的主要特点是高效率和可靠性，它可以支持高达5A的输出电流，并且输入电压范围从3V到40V不等。

LM2587的工作原理

LM2587的工作原理是基于开关电源的原理，通过频繁开关的方式控制电能的储存和释放，从而实现电压的升高。升压电路的基本组件包括开关管（通常是MOSFET）、二极管、电感、电容以及反馈控制电路。

开关控制：LM2587的开关管周期性地开关。每次开关时，电流流过电感，电感储存能量。当开关断开时，电感中的能量通过二极管释放到负载。
电感的作用：电感在电路中起到了储存能量的作用。它通过调节电流流动的方式，在开关管断开时释放储存的能量，以提高输出电压。
二极管的作用：二极管的作用是在开关管断开时导通，允许电流从电感流向负载，并且防止电流倒流。
电容的作用：电容用于平滑输出电压，减少输出波纹。它帮助滤除由开关频率引起的高频噪声和波动。
反馈控制：LM2587通过反馈电路监控输出电压，并调整开关管的工作状态，确保输出电压稳定在设定值。

二、LM2587升压电路原理图

LM2587升压电路的原理图通常包括以下主要部分：

输入端：LM2587支持从3V至40V的宽输入电压范围。输入端接入电源，提供输入电压。
电感：LM2587使用外接电感来储存电能并提高输出电压。电感的选择需要根据输入电压、输出电压以及输出电流的要求来确定。
开关管（MOSFET）：LM2587内置了一个高效的开关管，用于控制电流的流动，并通过调节开关频率来实现升压功能。
二极管：二极管用于在开关管关闭时，允许电感中的能量通过并提供给负载。
输出电容：输出电容用于平滑输出电压，减少波纹，确保输出电压稳定。
反馈电路：通过外部电阻，反馈电路监控输出电压，并调整开关管的工作状态，使输出电压保持稳定。

以下是LM2587的典型升压电路原理图：

输入端 → 电感 → 开关管 → 二极管 → 输出电容 → 负载            
               ↑                ↓
         反馈电阻

三、LM2587升压电路的设计与元件选择

设计LM2587升压电路时，需要选择合适的元件，确保电路能够稳定工作，提供所需的输出电压和电流。

1. 输入电压范围

LM2587的输入电压范围通常在3V到40V之间，选择输入电源时需要考虑所需的电压值以及电源的稳定性。如果输入电压低于3V，芯片将无法正常工作。

2. 电感的选择

电感是LM2587升压电路中的关键元件之一。电感的选择需要考虑以下几个因素：

电感值：电感的选择根据所需的输出电流、工作频率以及输入输出电压的关系来确定。电感的值通常在几十微亨到几百微亨之间。较大值的电感能够提供较低的纹波电流，但会影响电路的响应速度。
电感电流额定值：电感的电流额定值需要大于电路中的最大输出电流，以避免电感饱和。
直流电阻（DCR）：电感的直流电阻越小，转换效率越高。

3. 二极管的选择

LM2587升压电路使用的二极管应该具备以下特性：

快速恢复时间：升压电路中使用的二极管需要能够迅速导通和截止，以支持开关频率。
反向电压承受能力：二极管的反向电压需要大于电路中的最大输出电压。
正向电流能力：二极管的正向电流能力需要大于电路中的最大负载电流。

常用的二极管有肖特基二极管，它具有较低的正向压降和较高的开关速度，适合用于高效升压电路。

4. 电容的选择

升压电路中使用的电容通常用于滤波，减少输出电压的波纹。选择电容时需要考虑以下几个因素：

电容值：电容值的选择通常在10µF到100µF之间，较大的电容值可以更好地平滑输出电压。
工作电压：电容的工作电压应大于等于电路中可能出现的最大输出电压。
ESR（等效串联电阻）：较低的ESR有助于提高电路的效率和减少输出波纹。

5. 反馈电阻的选择

LM2587通过反馈电路来调节输出电压。通常使用两个外部电阻来设置输出电压：

反馈电阻R1：将反馈电压连接到内部误差放大器的输入端。
反馈电阻R2：与R1一起决定输出电压的大小。

输出电压的设定公式为：

$V_{out} = V_{ref} imes left(1 + frac{R1}{R2} ight)$ Vout=Vref×(1+R2R1)

其中， $V_{ref}$ Vref为参考电压，通常为1.23V。通过选择适当的R1和R2，可以设置所需的输出电压。

四、LM2587升压电路的常见应用

LM2587升压电路广泛应用于各种需要升压的场合，常见的应用包括：

电池供电系统：在电池供电的设备中，LM2587可以将电池的电压升高到所需的电压，供给高功率的负载。
LED驱动电源：LM2587升压电路常用于LED驱动电源，通过升高电压来驱动大功率LED。
便携式电源：在移动电源中，LM2587可以将电池电压升高，以满足不同设备的电压需求。
通信设备：LM2587也常用于一些低功率通信设备中，提供稳定的电源。

五、LM2587升压电路中的常见问题及解决方案

在实际应用中，LM2587升压电路可能会遇到一些问题，常见的问题及其解决方案如下：

输出电压不稳定：

原因：电感、电容选择不当，或者反馈电路问题。
解决方法：检查电感和电容的选择，确保它们符合设计要求；检查反馈电路的电阻值是否正确。

芯片过热：

原因：输入电压过高，或者负载过重。
解决方法：降低输入电压，减少负载电流，或者增加散热措施。

效率低下：

原因：电感、电容选择不当，或者开关频率过低。
解决方法：选择合适的电感和电容，调整开关频率，使其适合高效工作。还可以选择低ESR的电容和低导通电阻的二极管，以提高电路效率。

输出电压波纹过大：

原因：电容选择不当，或者开关频率过低。
解决方法：增加输出电容的容量，选择低ESR的电容以减少波纹。提高开关频率也可以帮助减少波纹，但需要注意不应过高，以免引起过多的电磁干扰（EMI）。

二极管损坏或故障：

原因：二极管反向电压不够，或者电流过大。
解决方法：确保选择适合电路工作条件的二极管。检查二极管的额定电流和反向电压，确保其满足升压电路的需求。

不稳定的开关操作：

原因：布局不合理或电源噪声过大。
解决方法：优化电路布局，特别是在输入电源和反馈信号方面，减少电源噪声和干扰。可以使用适当的滤波器来减少外部干扰。

六、LM2587的优点和限制

1. 优点：

高效率：LM2587采用开关模式工作原理，具有较高的效率，通常可以达到80%以上，减少了能量损耗。
宽输入电压范围：它的输入电压范围从3V到40V，适应多种电源输入环境，能够适应电池供电或者低电压环境。
高输出电流：LM2587能够提供最大5A的输出电流，适合大功率负载。
集成功能：LM2587集成了开关控制、反馈调节等功能，简化了设计过程。
可靠性高：LM2587具有过流、过热保护，能够在极端条件下稳定工作，提高了电路的可靠性。

2. 限制：

较低的开关频率：尽管LM2587的效率较高，但它的工作频率较低（通常为52kHz），这意味着需要使用较大的电感和电容，增加了元器件的体积和成本。
输出电压波纹：由于开关频率较低，输出电压波纹较大，可能需要更高的滤波电容以减少波纹。
热量问题：在高负载情况下，LM2587可能会产生较多的热量，尤其是在高效率要求的场合。因此，设计时需要考虑散热措施。

七、LM2587应用示例

1. LED驱动电源设计

LM2587广泛应用于LED驱动电源中，特别是在需要从低电压（如12V电池）升高到高电压（如30V或更高）的场合。LED驱动电源需要稳定的输出电流和较低的波纹，以确保LED的寿命和亮度一致。

设计时，可以根据LED的工作电流和电压来选择合适的输出电压，并根据实际需求选定电感和电容值。LM2587在该电路中的作用是提供高效的升压功能，将低电压电池电源升高至LED所需的电压。

2. 便携式电源

便携式电源需要从电池提供的低电压（如5V或12V）升高至设备所需的工作电压（如19V或24V）。LM2587可以高效地将电池电压升高，供给笔记本电脑、移动路由器、无线音响等设备。

通过设计合理的升压电路，LM2587能够提供高稳定的输出电压，并且保持较高的转换效率，延长电池使用时间。

3. 电池充电器设计

LM2587也常用于电池充电器中，尤其是需要为较高电压电池充电的场合。例如，为Li-ion电池或其他高电压电池提供升压功能。LM2587能够通过稳定的输出电压和电流，确保电池充电过程中的稳定性和安全性。

八、总结

LM2587是一款高效的升压型DC-DC转换器，广泛应用于电池供电设备、LED驱动电源、便携式电源和电池充电器等领域。通过合理设计电路并选择适当的元件，可以利用LM2587实现高效、稳定的电源转换。

在设计LM2587升压电路时，需要根据具体的应用需求选择合适的电感、电容、二极管以及反馈电阻。设计时还应关注元器件的额定值和电路的散热问题，确保电路在高负载和高温环境下仍然能够稳定工作。通过优化电路布局和提高开关频率，可以进一步提高电路的效率和稳定性。

在实际应用中，LM2587的优点如高效率、宽输入电压范围和高可靠性使其成为一种非常有价值的解决方案。然而，也需要注意其限制，如较低的开关频率和输出电压波纹，设计时要特别留意这些问题并采取相应的解决方案。

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