LM2596 Регулятор напряжения: замены, признаки производительности, внутренняя архитектура и практическое использование

LM2596, широко используемый регулятор напряжения переключения, введенный Texas Instruments, выступает в области управления питанием. В этой статье будут изучаться его основные характеристики, принципы работы и практические применения.

LM2596 Регулятор напряжения+Бом

LM2596 Обзор регулятора напряжения

Регуляторы напряжения серии LM2596Являются ли монолитные интегрированные цепи, которые обеспечивают все активные функции для регуляторов переключения (BUCK). Они могут управлять нагрузками 3A с отличными возможностями и регулированием нагрузки. Эта серия устройств включает в себя версии с фиксированными выходными напряжениями 3,3 В, 5 В и 12 В, а также регулируемую выходную версию для удовлетворения различных требований применения.
Он работает с частотой переключения 150 кГц, что позволяет использовать компоненты фильтрации меньшего размера по сравнению с регуляторами низкочастотных переключений. Он принимает стандартный 5-контактный пакет TO-220 (с различными вариантами изгиба свинца) и 5-контактным пакетом на 263 поверхностного монтажа, что делает его простым в использовании. Для работы требуются лишь несколько внешних компонентов, и он содержит внутреннюю частоту компенсацию и фиксированную частоту осциллятора.

LM2596 Регулятор регулятора напряжения

Спецификации регулятора напряжения LM2596

Каков принцип управления PWM регулятора напряжения LM2596?

LM2596Использует модуляцию ширины импульса (ШИМ) для регулирования выходного напряжения. Его внутренний генератор генерирует часы с фиксированной частотой 150 кГц. Усилитель ошибки сравнивает напряжение обратной связи (с выхода через разделители напряжения) со опорным напряжением, создавая сигнал ошибки. Этот сигнал управляет компаратором PWM, который регулирует рабочее цикл внутреннего переключателя питания (MOSFET/BJT).

Когда переключатель включен, входное напряжение обеспечивает энергию индуктору и нагрузку; При выключении индуктора разряжается через диод свободного воли, поддерживая ток. Из-за изменяющегося по времени пропорции (рабочего цикла) регулируется среднее выходное напряжение. Более высокие рабочие циклы увеличивают выходное напряжение, в то время как более низкие уменьшают его, обеспечивая стабильный выход, несмотря на изменения ввода или нагрузки.

LM2596 Функции регулятора напряжения

Параметры выходного напряжения:Версии фиксированного выходного напряжения, обеспечивающие 3,3 В, 5 В и 12 В, а также регулируемая версия с диапазоном выходного напряжения от 1,2 В до 37 В.
Точность:Максимальная ошибка составляет ± 4% во всей линии и условиях нагрузки.
Грузоподъемность:Может обеспечить ток выходной нагрузки 3А.
Входной диапазон напряжения:До 40 В.
Требования к внешним компонентам:Требуются только четыре внешних компонента, что делает его простым в использовании.
Частота переключения:Внутренний генератор имеет фиксированную частоту 150 кГц.
Функция выключения:Имеет возможность отключения TTL, а IQ покоящегося тока в режиме резервного режима с низким энергопотреблением обычно составляет 80 мкА.
Эффективность:Высокая эффективность, с различными версиями, обладающими различной эффективностью в определенных условиях. Например, версия 12V имеет типичную эффективность 90%, когда входное напряжение составляет 25 В, а ток нагрузки - 3А.
Особенности защиты:Оснащен функциями термического отключения и ограничивающих ток, чтобы обеспечить безопасность устройства в условиях неисправности.

LM2596 Приложения регулятора напряжения

LM2596, как высокопроизводительный регулятор переключения внизшироко используется в различных электронных системах из -за его преимуществ, таких как высокая эффективность, сильная грузоподъемность и гибкие параметры выходного напряжения. Его типичные приложения включают в себя:

Промышленные системы управления: Он обеспечивает стабильный источник питания для датчиков, приводов и управления в промышленных средах. С максимальным входным напряжением 40 В, он может адаптироваться к нестабильным промышленным энергосистемам, обеспечивая надежную работу оборудования.

Автомобильная электроника: Подходит для устройств в транспортных средствах, таких как автомобильная аудио, навигационные системы и бортовые зарядные устройства. Емкость нагрузки 3A соответствует требованиям к мощности большинства автомобильных электронных компонентов, а тепловые отключения и функции защиты предела тока повышают безопасность во время работы транспортного средства.

Телекоммуникационное оборудование: Используется в маршрутизаторах, модемах и модулях связи для преобразования высоковольтных входов (таких как 12 В или 24 В) в низкое напряжение (3,3 В, 5 В и т. Д.), Требуемые для чипов ядра, обеспечивая стабильную передачу сигнала.

Устройства с батарейным питанием: Регулируемая выходная версия (от 1,2 В до 37 В) идеально подходит для устройств, работающих на батареях (например, батареи свинцовой кислоты или литий-ионные батареи), что позволяет гибкому регулированию напряжения для продления срока службы батареи.

Поставки питания для встроенных систем: Обеспечивает стабильную мощность для микроконтроллеров (например, серия STM32), FPGA и другие встроенные компоненты. Его низкий резервный ток (типичный 80 мкА) помогает снизить энергопотребление в режимах низкой мощности.

Светодиодные системы освещения: Может привести к мощному светодиодным массивам, регулируя выходное напряжение в соответствии с рабочим напряжением светодиодов, с высокоэффективным снижением тепла и улучшением стабильности системы.

LM2596Фиксированный регулятор напряжения

Версии с фиксированным регулятором напряжения. Обратитесь к схеме выше. Мы можем установить выходное напряжение, изменив IC:

• LM2596-3,3 для выхода 3,3 В.
• LM2596-5,0 для выхода 5 В.
• LM2596-12 для выхода 12 В.

У нас также должны быть другие подходящие компоненты:

• C1 должен быть 330 UF (при использовании LM2596-3.3, LM2596-5.0) или 180 UF (для LM2596-12).
• L1 = индуктивность катушки со значением 33UH (для LM2596-3,3, LM2596-5,0) или 68UH (для LM2596-12).

LM2596 Регулируемый регулятор выходного напряжения

Теперь мы видим, что большинство людей используют LM2596 в качестве регулируемого регулятора выходного напряжения.

Регулятор регулируемого выходного напряжения LM2596, как показано на рисунке, использует IC1 (LM2596) с входом фильтрации C1. L1, D1, R1, R2, C2, C3 образуют цепь. Он требует нерегулируемого входа постоянного тока, регулирует обратную связь (R1/R2), выходы регулируемого напряжения для нагрузок 3A, обеспечивая гибкое регулирование напряжения.

LM2596 Альтернативы регулятора напряжения

LM2596-популярный регулятор переключения вниз., но есть несколько альтернатив, которые предлагают аналогичную или улучшенную производительность для различных приложений. Вот некоторые общие альтернативы:
1LM2576

Предшественник LM2596, предлагающий аналогичную функциональность с максимальным выходным током 3A.

Работает с более низкой частотой переключения (52 кГц) по сравнению с LM2596 (150 кГц), что может потребовать больших внешних компонентов.

Доступны в версиях фиксированного напряжения (3,3 В, 5 В, 12 В) и регулируемых версий.

2. MP2307

Компактный, высокоэффективный преобразователь понижения с максимальным выходным током 3A.

Особенности более высокой частоты переключения (до 1,2 МГц), что позволяет меньше индукторов и конденсаторов.

Предлагает лучшую эффективность, чем LM2596 во многих условиях работы, что делает его подходящим для устройств с батарейным питанием.

3. XL4015

Регулятор с высокой точкой, способный доставлять до 5А выходного тока, что делает его идеальным для применений с более высокой мощностью.

Имеет регулируемый диапазон выходного напряжения от 1,25 В до 36 В.

Включает в себя чрезмерные и чрезмерные функции защиты.

4. LM1117

Линейный регулятор, в отличие от упомянутых выше регуляторов переключения, что делает его проще, но менее эффективным для больших падений напряжения.

Доступно в фиксированном напряжении (1,8 В, 2,5 В, 3,3 В, 5 В) и регулируемых версий с максимальным выходным током 800 мА.

Производит меньше шума, чем регуляторы переключения, что делает его подходящим для чувствительных аналоговых цепей.

5TPS5430

Конвертер пошагового вниз 3A с широким диапазоном входного напряжения (от 5 В до 36 В) и регулируемым выходным напряжением (от 1,22 В до 28 В).

Особенности высокой эффективности (до 95%) и частоту переключения 500 кГц.

Включает встроенные функции защиты, такие как чрезмерный ток, чрезмерное напряжение и тепловое отключение.

Функции LM2596

Преобразование напряжения: Он может преобразовать нерегулируемое входное напряжение более высокого постоянного тока в стабильное более низкое выходное напряжение постоянного тока. Он предлагает как фиксированные версии выходного напряжения (например, 3,3 В, 5 В, 12 В), так и регулируемую версию, выходное напряжение которого может быть установлено в диапазоне от 1,2 В до 37 В.

Возможность вождения: Он способен управлять максимальным током нагрузки 3А, что делает его подходящим для питания различных электронных устройств с требованиями к умеренным током.

Оптимизация эффективности: Работая при фиксированной частоте переключения 150 кГц, это позволяет использовать компоненты фильтрации меньшего размера по сравнению с регуляторами низких частот, одновременно достигая хорошей эффективности в преобразовании напряжения.

Особенности защиты: Он включает в себя тепловые отключения и функции защиты, ограничивающих ток. Тепловое отключение защищает устройство от повреждения из -за чрезмерной температуры, а ограничение тока предотвращает протекание чрезмерного тока через регулятор, защищая как сам регулятор, так и подключенную нагрузку.

Внешнее управление отключением: У него есть внешняя функция отключения (включен/выключение). Когда эта функция активирована, регулятор входит в режим резервного режима низкого уровня, снижая энергопотребление.

Стабильный выход: Он обеспечивает отличное регулирование линии и нагрузки, гарантируя, что выходное напряжение остается стабильным, даже если в входном напряжении или нагрузке есть изменения.

LM2596

Компонентный макет:

Входной конденсатор:Поместите его рядом с входным выводом LM2596. Электролитический конденсатор 470 мкл часто используется для уменьшения колебаний входного напряжения.

Выходной штифт:Этот штифт выводит мощную волну приблизительно 150 кГц во время нормальной работы, и здесь подключены основные периферические компоненты. При изложении необходимо рассмотреть удобство соединения со связанными компонентами и целостность сигнала.

Наземная булавка:Заземляющий штифт должен быть коротким и толстым, чтобы обеспечить хорошее заземление, и может быть подключено к слое заземления через несколько вариантов.

PIN -код обратной связи:Пыч для обратной связи подключен к резистору обратной связи и должен быть как можно ближе к чипу с короткими следами, чтобы уменьшить помехи и обеспечить точность выходного напряжения.

Управляющий штифт:Управляющий штифт заземлен или подключен к высокому уровню в соответствии с рабочим режимом. Во время макета следует учитывать удобство соединения с источником управляющего сигнала.

Общий макет:Расположить высокоскоростные устройства (такие как сама LM2596), близкие друг к другу, чтобы сократить длину высокоскоростных сигналов. В то же время отдельные аналоговые, цифровые и высокоскоростные сигналы в разные области, чтобы избежать взаимных помех. Силовые устройства должны быть равномерно распределены, а пространство рассеяния тепла должно быть зарезервировано для облегчения потока воздуха для рассеивания тепла.

Трассировка дизайна:

Старайтесь избегать расстояния параллельных следов, особенно для линий электропередачи и сигнальных линий, чтобы предотвратить перекрестные помехи.

Входные и выходные линии электроэнергии должны быть достаточно толстыми, чтобы удовлетворить требования к трансмиссии большого тока, снижения сопротивления линии и падения напряжения, а при необходимости можно использовать заливку меди.

Обработка заземления:

Проектируйте отдельную аналоговую землю и цифровой заземление и, наконец, подключите их в одной точке, чтобы избежать помех заземления.

Можно использовать многослойные печатные платы, а средний слой в качестве слоя заземления для усиления эффекта заземления и уменьшения электромагнитных помех.

Другие аспекты:

Если позволяют условия, используйте многослойные платы, с средним слоем в качестве слоя заземления или слоя мощности для защиты и уменьшения перекрестных помех.

Используйте библиотеки 3D -пакетов для визуализации компонентов на этапе проектирования, обеспечивая разумный макет, избегая задач установки и достижения компактной макета, который отвечает электрическим и механическим требованиям.

LM2596 серии моделей

LM2596 Пакет

Подводить итоги,регулятор напряжения LM2596занимает важную позицию в области электроники благодаря своей превосходной производительности, простой работе и широкому диапазону приложений. Между тем, его альтернативные продукты также предоставляют больше вариантов для проектов с различными требованиями.