LM2596 Voltaj Regülatörü: Değiştirmeler, Performans Özellikleri, İç Mimari ve Pratik Kullanımlar

LM2596, Texas Instruments tarafından tanıtılan yaygın olarak kullanılan bir adım aşağı anahtarlama voltaj regülatörü, güç yönetimi alanında belirgin bir şekilde performans gösterir. Bu makale temel özelliklerini, çalışma ilkelerini ve pratik uygulamalarını araştıracaktır.

LM2596 Voltaj Regülatörü+Bomba

LM2596 Voltaj Regülatörüne Genel Bakış

LM2596 Serisi Voltaj Regülatörleriadım-aşağı (kova) anahtarlama regülatörleri için tüm aktif işlevleri sağlayan monolitik entegre devrelerdir. Mükemmel çizgi ve yük düzenleme özelliklerine sahip 3A yüklerini sürebilirler. Bu cihaz serisi, 3.3V, 5V ve 12V sabit çıkış voltajları ve farklı uygulama gereksinimlerini karşılamak için ayarlanabilir bir çıkış sürümü olan sürümleri içerir.
Daha düşük frekans anahtarlama regülatörlerine kıyasla daha küçük boyutlu filtreleme bileşenlerinin kullanılmasına izin veren 150kHz'luk bir anahtarlama frekansında çalışır. Standart 5 pimli TO-220 paketini (çeşitli kurşun bükülme seçenekleriyle) ve 5 pimli TO-263 yüzey montaj paketini benimser, bu da kullanımı kolaylaştırır. Çalışma için sadece birkaç harici bileşen gereklidir ve dahili frekans telafisi ve sabit frekanslı bir osilatör içerir.

LM2596 Voltaj Regülatörü Pinouts

LM2596 Voltaj Regülatör Özellikleri

LM2596 voltaj regülatörünün PWM kontrol prensibi nedir?

LM2596Çıkış voltajını düzenlemek için darbe genişliği modülasyonu (PWM) kullanır. Dahili osilatörü 150kHz sabit frekans saati oluşturur. Hata amplifikatörü, geri bildirim voltajını (voltaj bölücüler üzerinden çıkıştan) bir referans voltajı ile karşılaştırarak bir hata sinyali üretir. Bu sinyal, dahili güç anahtarının (MOSFET/BJT) görev döngüsünü ayarlayan PWM karşılaştırıcısını kontrol eder.

Anahtar açıkken, giriş voltajı indüktör ve yüke enerji sağlar; Kapatıldığında, indüktör serbestçe diyottan boşalır ve akımı korur. Zamanında oranı (görev döngüsü) değiştirerek, ortalama çıkış voltajı düzenlenir. Daha yüksek görev döngüleri çıkış voltajını arttırırken, düşük olanlar azalır ve giriş veya yük değişikliklerine rağmen kararlı çıkış sağlar.

LM2596 Voltaj Regülatörü Özellikleri

Çıkış Voltaj Seçenekleri:3.3V, 5V ve 12V sağlayan sabit çıkış voltajı versiyonlarının yanı sıra 1.2V ila 37V'lik bir çıkış voltajı aralığına sahip ayarlanabilir bir versiyon.
Kesinlik:Maksimum hata, tüm hat ve yük koşulları altında ±% 4'tür.
Yük Kapasitesi:3A çıkış yükü akımı sağlayabilir.
Giriş Voltaj Aralığı:40V'a kadar.
Harici Bileşen Gereksinimleri:Sadece dört harici bileşene ihtiyaç vardır, bu da kullanımı kolaylaştırır.
Anahtarlama frekansı:Dahili osilatör sabit frekansa 150kHz'dir.
Kapatma İşlevi:TTL kapatma özelliğine sahiptir ve düşük güçlü bekleme modunda hareketsiz akım IQ tipik olarak 80μA'dır.
Yeterlik:Yüksek verimlilik, farklı versiyonlar belirli koşullar altında farklı verimliliklere sahiptir. Örneğin, giriş voltajı 25V ve yük akımı 3A olduğunda 12V versiyonunun tipik bir verimliliği% 90'a sahiptir.
Koruma Özellikleri:Arıza koşulları altında cihazın güvenliğini sağlamak için termal kapatma ve akım sınırlayıcı koruma fonksiyonları ile donatılmıştır.

LM2596 Voltaj Regülatör Uygulamaları

Yüksek performanslı bir adım atma anahtarlama regülatörü olarak LM2596, yüksek verimlilik, güçlü yük kapasitesi ve esnek çıkış voltaj seçenekleri gibi avantajları nedeniyle çeşitli elektronik sistemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Tipik uygulamaları şunları içerir:

Endüstriyel kontrol sistemleri: Endüstriyel ortamlardaki sensörler, aktüatörler ve kontrol devreleri için istikrarlı güç kaynağı sağlar. Maksimum 40V giriş voltajı ile, dengesiz endüstriyel güç ızgaralarına uyum sağlayarak ekipmanın güvenilir çalışmasını sağlayabilir.

Otomotiv elektroniği: Araba sesi, navigasyon sistemleri ve yerleşik şarj cihazları gibi araç içi cihazlar için uygundur. 3A yük kapasitesi çoğu otomotiv elektronik bileşeninin güç gereksinimlerini karşılar ve termal kapatma ve akım sınır koruma fonksiyonları araç çalışması sırasında güvenliği artırır.

Telekomünikasyon ekipmanı: Yüksek voltaj girişlerini (12V veya 24V gibi) çekirdek yongalarının gerektirdiği düşük voltaja (3.3V, 5V, vb.) Dönüştürmek için yönlendiriciler, modemler ve iletişim modüllerinde kullanılır.

Pille çalışan cihazlar: Ayarlanabilir çıkış versiyonu (1.2V ila 37V), piller (kurşun asit piller veya lityum iyon piller gibi) ile çalışan cihazlar için idealdir ve esnek voltaj regülasyonunun pil ömrünü uzatmasını sağlar.

Gömülü sistemler için güç kaynakları: Mikrodenetleyiciler (örn., STM32 serisi), FPGA'lar ve diğer gömülü bileşenler için kararlı güç sağlar. Düşük bekleme akımı (tipik 80μA), düşük güç modlarında güç tüketimini azaltmaya yardımcı olur.

LED aydınlatma sistemleri: Çıkış voltajını LED'lerin çalışma voltajına uyacak şekilde ayarlayarak yüksek güçlü LED dizilerini sürebilir, yüksek verimlilik ısı üretimini azaltır ve sistem stabilitesini iyileştirir.

LM2596Sabit voltaj regülatörü

Sabit voltaj regülatör sürümleri. Yukarıdaki devreye bakın. IC'yi değiştirerek çıkış voltajını ayarlayabiliriz:

• 3.3V çıkışı için LM2596-3.3.
• 5V çıkışı için LM2596-5.0.
• 12V çıkışı için LM2596-12.

Ayrıca başka uygun bileşenlere de sahip olmalıyız:

• C1 330UF (LM2596-3.3, LM2596-5.0) veya 180UF (LM2596-12 için) olmalıdır.
• L1 = 33UH (LM2596-3.3, LM2596-5.0 için) veya 68UH (LM2596-12 için) değeri olan bobin endüktansı.

LM2596 Ayarlanabilir Çıkış Voltaj Regülatörü

Şimdi çoğu insanın LM2596'yı ayarlanabilir bir çıkış voltaj regülatörü olarak kullandığını görüyoruz.

LM2596 ayarlanabilir çıkış voltaj regülatörü, gösterildiği gibi, C1 filtreleme girişi ile IC1 (LM2596) kullanır. L1, D1, R1, R2, C2, C3 devreyi oluşturur. Düzenlenmemiş DC girişi alır, geri bildirim (R1/R2) yoluyla ayarlanır, 3A yükleri için düzenlenmiş voltaj çıkışları ve esnek voltaj regülasyonunu mümkün kılar.

LM2596 Voltaj Regülatör Alternatifleri

LM2596, popüler bir adım atma anahtarlama regülatörüdür, ancak farklı uygulamalar için benzer veya gelişmiş performans sunan birkaç alternatif vardır. İşte bazı yaygın alternatifler:
1.LM2576

LM2596'nın öncüsü, maksimum 3A çıkış akımı ile benzer işlevsellik sunar.

Daha büyük harici bileşenler gerektirebilecek LM2596'ya (150kHz) kıyasla daha düşük bir anahtarlama frekansında (52kHz) çalışır.

Sabit voltaj sürümlerinde (3.3V, 5V, 12V) ve ayarlanabilir sürümlerde mevcuttur.

2. MP2307

Maksimum 3A çıkış akımı olan kompakt, yüksek verimli adım aşağı dönüştürücü.

Daha küçük indüktörlere ve kapasitörlere izin veren daha yüksek bir anahtarlama frekansına (1.2MHz'e kadar) sahiptir.

Birçok çalışma koşulunda LM2596'dan daha iyi verimlilik sunar, bu da pille çalışan cihazlar için uygun hale getirir.

3. xl4015

5A'ya kadar çıkış akımı sağlayabilen yüksek akımlı bir adım aşağı regülatör, daha yüksek güç uygulamaları için idealdir.

1.25V ila 36V arasında ayarlanabilir bir çıkış voltajı aralığına sahiptir.

Aşırı akım ve aşırı sıcaklık koruma özellikleri içerir.

4. LM1117

Yukarıda belirtilen anahtarlama regülatörlerinin aksine, büyük voltaj düşüşleri için daha basit ancak daha az verimli hale getiren doğrusal bir regülatör.

Sabit voltaj (1.8V, 2.5V, 3.3V, 5V) ve maksimum 800mA akımı olan ayarlanabilir versiyonlarda mevcuttur.

Düzenleme düzenleyicilerinden daha az gürültü üretir, bu da hassas analog devreler için uygun hale getirir.

5.TPS5430

Geniş giriş voltajı aralığına (5V ila 36V) ve ayarlanabilir çıkış voltajına (1.22V ila 28V) sahip bir 3A adım aşağı dönüştürücü.

Yüksek verimlilik (%95'e kadar) ve 500KHz anahtarlama frekansına sahiptir.

Aşırı akım, aşırı voltaj ve termal kapatma gibi yerleşik koruma işlevlerini içerir.

LM2596'nın işlevleri

Voltaj dönüşümü: Düzensiz bir daha yüksek DC giriş voltajını kararlı bir düşük DC çıkış voltajına dönüştürebilir. Hem sabit çıkış voltajı versiyonları (3.3V, 5V, 12V gibi) hem de çıkış voltajı 1.2V ila 37V aralığında ayarlanabilen ayarlanabilir bir versiyon sunar.

Sürüş yeteneği: Maksimum 3A yük akımını kullanabilir ve bu da orta düzeyde akım gereksinimlerine sahip çeşitli elektronik cihazlara güç vermeyi uygun hale getirir.

Verimlilik optimizasyonu: 150kHz sabit bir anahtarlama frekansında çalışarak, voltaj dönüşümünde iyi bir verimlilik elde ederken, daha düşük frekans regülatörlerine kıyasla daha küçük boyutlu filtreleme bileşenlerinin kullanılmasına izin verir.

Koruma Özellikleri: Termal kapatma ve akım sınırlayıcı koruma fonksiyonlarını içerir. Termal kapatma, cihazı aşırı sıcaklıktan kaynaklanan hasardan korur ve akım sınırlama, aşırı akımın düzenleyiciden akmasını önler, hem regülatörün kendisini hem de bağlı yükü korur.

Harici kapatma kontrolü: Harici bir kapatma (açık/kapalı) işlevi vardır. Bu işlev etkinleştirildiğinde, regülatör düşük akım bekleme moduna girerek güç tüketimini azaltır.

Kararlı çıktı: Giriş voltajında veya yükte değişiklikler olsa bile çıkış voltajının sabit kalmasını sağlayarak mükemmel çizgi ve yük düzenlemesi sağlar.

LM2596 PCB Düzen Kılavuzu

Bileşen Düzeni:

Giriş Kondansatörü:LM2596'nın giriş pimine yakın yerleştirin. Giriş voltaj dalgalanmalarını azaltmak için genellikle 470μF elektrolitik kapasitör kullanılır.

Çıktı pimi:Bu pim, normal çalışma sırasında yaklaşık 150kHz'lik bir PWM dalgası çıkarır ve burada ana periferik bileşenler bağlanır. Döşünce, ilgili bileşenlerle bağlantının rahatlığını ve sinyal bütünlüğünü dikkate almak gerekir.

Zemin Pimi:Toprak pimi iyi topraklama sağlamak için kısa ve kalın olmalıdır ve çoklu vias aracılığıyla zemin katmanına bağlanabilir.

Geri bildirim pimi:Geri bildirim pimi geri bildirim direncine bağlanır ve paraziti azaltmak ve çıkış voltajının doğruluğunu sağlamak için kısa izlerle çipin mümkün olduğunca yakın olması gerekir.

Kontrol Pimi:Kontrol pimi topraklanmış veya çalışma moduna göre yüksek bir seviyeye bağlanır. Düzen sırasında, kontrol sinyal kaynağıyla bağlantı kolaylığı dikkate alınmalıdır.

Genel Düzen:Yüksek hızlı sinyal çizgilerinin uzunluğunu kısaltmak için birbirine yakın yüksek hızlı cihazlar (LM2596 gibi) düzenleyin. Aynı zamanda, karşılıklı parazitten kaçınmak için analog, dijital ve yüksek hızlı sinyalleri farklı alanlara ayırır. Güç cihazları eşit olarak dağıtılmalı ve ısı yayılması için hava akışını kolaylaştırmak için ısı yayma alanı ayrılmalıdır.

İz Tasarım:

Çaprazlama önlemek için özellikle elektrik hatları ve sinyal çizgileri için uzun mesafeli paralel izlerden kaçınmaya çalışın.

Giriş ve çıkış güç hatları, büyük akım iletim gereksinimlerini karşılayacak kadar kalın olmalı, hat direncini ve voltaj düşüşünü azaltmalı ve gerekirse bakır dökme kullanılabilir.

Topraklama Tedavisi:

Ayrı analog zemin ve dijital zemin tasarlayın ve son olarak toprak döngüsü parazitinden kaçınmak için bunları tek bir noktaya bağlayın.

Çok katmanlı PCB'ler, topraklama etkisini arttırmak ve elektromanyetik paraziti azaltmak için orta katman toprak tabakası olarak kullanılabilir.

Diğer yönler:

Koşullar izin veriyorsa, orta katman olarak zemin katmanı veya güç katmanı olarak çok katmanlı PCB'ler kullanın.

Tasarım aşamasında bileşenleri görselleştirmek, makul bir düzen sağlamak, kurulum sorunlarından kaçınmak ve elektrik ve mekanik gereksinimleri karşılayan kompakt bir düzen elde etmek için 3D paket kitaplıklarını kullanın.

LM2596 Serisi Modeller

LM2596 Paket

Özetle,LM2596 Voltaj RegülatörüMükemmel performansı, basit operasyonu ve geniş uygulamaları nedeniyle elektronik alanında önemli bir konuma sahiptir. Bu arada, alternatif ürünleri farklı gereksinimlere sahip tasarımlar için daha fazla seçenek sunar.