LM2596 Spannungsregler: Ersatz, Leistungsmerkmale, interne Architektur und praktische Verwendungen

Der LM2596Ein von Texas Instruments eingeführter weit verbreiteter Switch-Switching-Spannungsregler spielt im Bereich der Stromverwaltung eine herausragende Rolle. In diesem Artikel werden seine Kernmerkmale, Arbeitsgrundsätze und praktische Anwendungen untersucht.

LM2596 Spannungsregler+Bom

LM2596 -Spannungsreglerübersicht

Die Spannungsregulatoren der LM2596 Seriessind monolithische integrierte Schaltkreise, die alle aktiven Funktionen für die Switching-Regulatoren (Buck) bieten. Sie können 3A -Ladungen mit ausgezeichneten Funktionen für Leitungs- und Lastregulierung fahren. Diese Geräteserie enthält Versionen mit festen Ausgangsspannungen von 3,3 V, 5 V und 12 V sowie einer einstellbaren Ausgangsversion, um unterschiedliche Anwendungsanforderungen zu erfüllen.
Es arbeitet bei einer Schaltfrequenz von 150 kHz, wodurch die Verwendung kleinerer Filterkomponenten im Vergleich zu Schaltregulatoren mit niedrigerer Frequenzversorgung ermöglicht wird. Es wird das Standard-Paket mit 5-Pin-TO-220 (mit verschiedenen Lead-Biege-Optionen) und 5-Pin-TO-263-Oberflächenmontierpaket übernommen, was es einfach zu verwenden hat. Für den Betrieb sind nur wenige externe Komponenten erforderlich und enthält eine interne Frequenzkompensation und einen Oszillator mit fester Frequenz.

LM2596 Spannungsregler Pinouts -Ausgüsse

LM2596 Spannungsreglerspezifikationen

Was ist das PWM -Steuerungsprinzip des LM2596 -Spannungsreglers?

Der LM2596Verwendet die Pulsbreitenmodulation (PWM), um die Ausgangsspannung zu regulieren. Sein interner Oszillator erzeugt eine 150-kHz-Festfrequenzuhr. Der Fehlerverstärker vergleicht die Rückkopplungsspannung (vom Ausgang über Spannungsteiler) mit einer Referenzspannung, wodurch ein Fehlersignal erzeugt wird. Dieses Signal steuert den PWM -Komparator, der den Arbeitszyklus des internen Netzschalters (MOSFET/BJT) anpasst.

Wenn der Schalter eingeschaltet ist, versorgt die Eingangsspannung dem Induktor und der Last Energie Energie. Bei Ausschalten entlädt sich der Induktor durch die Freilaufdiode, wobei der Strom aufrechterhalten wird. Durch die Variation des pünktlichen Anteils (Arbeitszyklus) wird die durchschnittliche Ausgangsspannung reguliert. Höhere Arbeitszyklen erhöhen die Ausgangsspannung, während niedrigere sie verringern und trotz Eingangs- oder Laständerungen eine stabile Ausgabe sicherstellen.

LM2596 -Spannungsreglerfunktionen

Ausgangsspannungsoptionen:Feste Ausgangsspannungsversionen, die 3,3 V, 5 V und 12 V sowie eine einstellbare Version mit einem Ausgangsspannungsbereich von 1,2 V bis 37 V enthalten.
Genauigkeit:Der maximale Fehler beträgt ± 4% unter den gesamten Linien- und Lastbedingungen.
Belastungskapazität:Kann einen Ausgangslaststrom von 3a liefern.
Eingangsspannungsbereich:Bis zu 40 V.
Anforderungen an externe Komponenten:Es werden nur vier externe Komponenten benötigt, was es einfach zu bedienen hat.
Schaltfrequenz:Der interne Oszillator hat eine feste Frequenz von 150 kHz.
Herunterfahrenfunktion:Hat die TTL-Abschaltfunktion und der ruhende Strom IQ im Standby-Modus mit geringer Leistung beträgt typischerweise 80 μA.
Effizienz:Hohe Effizienz mit unterschiedlichen Versionen mit unterschiedlichen Effizienzsteigerungen unter bestimmten Bedingungen. Beispielsweise hat die 12 -V -Version eine typische Effizienz von 90%, wenn die Eingangsspannung 25 V und der Laststrom 3a beträgt.
Schutzmerkmale:Ausgestattet mit thermischen Abschalt- und Strombegrenzungsfunktionen, um die Sicherheit des Geräts unter Fehlerbedingungen zu gewährleisten.

LM2596 Spannungsregleranwendungen

Der LM2596 als Hochleistungs-Step-Down-Switching-Regler, wird in verschiedenen elektronischen Systemen aufgrund seiner Vorteile wie hoher Effizienz, starker Belastungskapazität und flexiblen Ausgangsspannungsoptionen häufig eingesetzt. Die typischen Anwendungen umfassen:

Industrial Control Systems: Es bietet eine stabile Stromversorgung für Sensoren, Aktuatoren und Kontrollkreise in industriellen Umgebungen. Mit einer maximalen Eingangsspannung von 40 V kann es sich an instabile Industriestromgitter anpassen, um einen zuverlässigen Betrieb der Ausrüstung zu gewährleisten.

Kfz -Elektronik: Geeignet für Geräte im Fahrzeug wie Auto-Audio, Navigationssysteme und On-Board-Ladegeräte. Die 3A -Belastungskapazität entspricht den Leistungsanforderungen der meisten elektronischen Komponenten der Automobile, und die thermischen Herunterfahren und die Stromlimitschutzfunktionen verbessern die Sicherheit während des Fahrzeugbetriebs.

Telekommunikationsgeräte: Verwendet in Routern, Modems und Kommunikationsmodulen zum Umwandeln von Hochspannungseingängen (wie 12 V oder 24 V) in die durch Kernchips erforderliche niedrige Spannung (3,3 V, 5 V usw.), um eine stabile Signalübertragung zu gewährleisten.

Batteriebetriebene Geräte: Die einstellbare Ausgangsversion (1,2 V bis 37 V) ist ideal für Geräte, die von Batterien betrieben werden (wie Blei-Säure-Batterien oder Lithium-Ionen-Batterien), wodurch eine flexible Spannungsregulierung ermöglicht wird, um die Akkulaufzeit zu verlängern.

Netzteile für eingebettete Systeme: Bietet eine stabile Leistung für Mikrocontroller (z. B. STM32 -Serie), FPGAs und andere eingebettete Komponenten. Der niedrige Standby-Strom (typisch 80 & mgr; A) senkt den Stromverbrauch in geringen Leistungsmodi.

LED -Beleuchtungssysteme: Kann High-Power-LED-Arrays anführen, indem die Ausgangsspannung so eingestellt wird, dass sie der Arbeitsspannung von LEDs entspricht, wobei eine hohe Effizienz reduziert wird, was die Wärmeerzeugung verringert und die Systemstabilität verbessert.

LM2596Festspannungsregler

Fixe Spannungsreglerversionen. Beziehen Sie sich auf die oben genannte Schaltung. Wir können die Ausgangsspannung einstellen, indem wir das IC ändern:

• LM2596-3,3 für 3,3 V Ausgang.
• LM2596-5.0 für 5-V-Ausgang.
• LM2596-12 für 12-V-Ausgang.

Wir sollten auch andere geeignete Komponenten haben:

• C1 sollte 330UF sein (bei Verwendung von LM2596-3.3, LM2596-5.0) oder 180UF (für LM2596-12).
• L1 = Spuleninduktivität mit einem Wert von 33UH (für LM2596-3,3, LM2596-5,0) oder 68UH (für LM2596-12).

LM2596 Einstellbarer Ausgangsspannungsregler

Jetzt sehen wir, dass die meisten Menschen den LM2596 als einstellbaren Ausgangsspannungsregler verwenden.

Der LM2596 Einstellbare Ausgangsspannungsregler verwendet wie gezeigt IC1 (LM2596) mit C1 -Filtereingang. L1, D1, R1, R2, C2, C3 bilden die Schaltung. Es dauert den unregulierten Gleichstromeingang, wird über Rückkopplung (R1/R2) angepasst, die Ausgangsspannung für 3A -Lasten und die flexible Spannungsregelung ermöglicht.

LM2596 Spannungsregler Alternativen

LM2596 ist ein beliebter SternschalterreglerEs gibt jedoch mehrere Alternativen, die eine ähnliche oder verbesserte Leistung für verschiedene Anwendungen bieten. Hier sind einige allgemeine Alternativen:
1.LM2576

Ein Vorgänger des LM2596, der eine ähnliche Funktionalität mit einem maximalen Ausgangsstrom von 3a bietet.

Arbeitet bei einer niedrigeren Schaltfrequenz (52 kHz) im Vergleich zu LM2596 (150 kHz), was möglicherweise größere externe Komponenten erfordern.

Erhältlich in festen Spannungsversionen (3,3 V, 5 V, 12 V) und einstellbare Versionen.

2. MP2307

Ein kompakter, hoher Effizienz-Step-Down-Wandler mit einem maximalen Ausgangsstrom von 3a.

Verfügt über eine höhere Schaltfrequenz (bis zu 1,2 MHz), was kleinere Induktoren und Kondensatoren ermöglicht.

Bietet eine bessere Effizienz als LM2596 unter vielen Betriebsbedingungen, sodass es für batteriebetriebene Geräte geeignet ist.

3. XL4015

Ein hochstromiger Startregler, der bis zu 5A Ausgangsstrom liefern kann, ist es ideal für höhere Stromanwendungen.

Hat einen einstellbaren Ausgangsspannungsbereich von 1,25 V und 36 V.

Enthält Überstrom- und Übertemperaturschutzmerkmale.

4. LM1117

Ein linearer Regler, im Gegensatz zu den oben genannten Schaltregulatoren, die es für große Spannungsabfälle einfacher, aber weniger effizient machen.

Erhältlich in fester Spannung (1,8 V, 2,5 V, 3,3 V, 5 V) und einstellbaren Versionen mit einem maximalen Ausgangsstrom von 800 mA.

Erzeugt weniger Rauschen als das Schalten von Regulatoren, was es für empfindliche analoge Schaltungen geeignet ist.

5.TPS5430

Ein 3A-Startwander mit einem breiten Eingangsspannungsbereich (5 V bis 36 V) und einstellbarer Ausgangsspannung (1,22 V bis 28 V).

Verfügt über eine hohe Effizienz (bis zu 95%) und eine Schaltfrequenz von 500 kHz.

Beinhaltet integrierte Schutzfunktionen wie Überstrom, Überspannung und thermische Abschaltung.

Funktionen von LM2596

Spannungsumwandlung: Es kann eine nicht regulierte höhere Gleichstrominformation in eine stabile DC -Ausgangsspannung umwandeln. Es bietet sowohl Fixed -Ausgangsspannungsversionen (z. B. 3,3 V, 5 V, 12 V) als auch eine einstellbare Version, deren Ausgangsspannung im Bereich von 1,2 V bis 37 V eingestellt werden kann.

Fahrkapazität: Es ist in der Lage, einen maximalen Laststrom von 3a zu antreiben, sodass er für die Leistung verschiedener elektronischer Geräte mit moderaten Stromanforderungen geeignet ist.

Effizienzoptimierung: Betrieb bei einer festen Schaltfrequenz von 150 kHz ermöglicht die Verwendung kleinerer Filterkomponenten im Vergleich zu Regulatoren mit niedrigerer Frequenz und gleichzeitig eine gute Effizienz bei der Spannungsumwandlung.

Schutzmerkmale: Es enthält thermische Herunterfahren und aktuell einschränkende Schutzfunktionen. Der thermische Abschaltungsabstieg schützt das Gerät aufgrund von übermäßiger Temperatur vor Schäden, und die Strombegrenzung verhindert, dass übermäßiger Strom durch den Regler fließt und sowohl den Regler selbst als auch die angeschlossene Last schützt.

Externe Abschaltsteuerung: Es hat eine externe Abschaltungsfunktion (Ein/Aus). Wenn diese Funktion aktiviert ist, tritt der Regler in einen niedrigstromigen Standby-Modus ein, wodurch der Stromverbrauch verringert wird.

Stabile Ausgabe: Es bietet eine hervorragende Last- und Lastregulation, um sicherzustellen, dass die Ausgangsspannung auch dann stabil bleibt, wenn sich die Eingangsspannung oder die Last ändert.

LM2596 PCB Layouthandbuch

Komponentenlayout:

Eingaberückgang:Platzieren Sie es in der Nähe des Eingangsstiftes des LM2596. Ein Elektrolytkondensator von 470 μF wird häufig verwendet, um die Eingangsspannungsschwankungen zu reduzieren.

Ausgangsstift:Dieser Stift gibt während des normalen Betriebs eine PWM -Welle von ungefähr 150 kHz aus, und hier sind die Hauptkomponenten der Hauptkomponenten angeschlossen. Beim Ablegen muss die Bequemlichkeit der Verbindung mit verwandten Komponenten und Signalintegrität berücksichtigt werden.

Erdungsstift:Der Erdungsstift sollte kurz und dick sein, um eine gute Erdung zu gewährleisten, und kann durch mehrere VIAS mit der Erdungsschicht verbunden werden.

Feedback Pin:Der Rückkopplungsstift ist mit dem Rückkopplungswiderstand verbunden und sollte mit kurzen Spuren so nahe wie möglich am Chip liegen, um die Störung zu verringern und die Genauigkeit der Ausgangsspannung sicherzustellen.

Kontrollstift:Der Kontrollstift ist gemäß dem Arbeitsmodus geerdet oder mit einem hohen Niveau verbunden. Während des Layouts sollte die Bequemlichkeit der Verbindung mit der Steuersignalquelle berücksichtigt werden.

Gesamtlayout:Ordnen Sie Hochgeschwindigkeitsgeräte (wie die LM2596 selbst) nahe beieinander, um die Länge der Hochgeschwindigkeitssignallinien zu verkürzen. Gleichzeitig sind getrennte analoge, digitale und Hochgeschwindigkeitssignale in verschiedene Bereiche, um gegenseitige Interferenzen zu vermeiden. Stromversorgungsgeräte sollten gleichmäßig verteilt sein, und der Wärmeableitungsraum sollte reserviert werden, um den Luftstrom für die Wärmeableitung zu erleichtern.

Trace -Design:

Versuchen Sie, parallele Fernspuren, insbesondere für Stromleitungen und Signallinien, zu vermeiden, um das Übersprechen zu verhindern.

Eingangs- und Ausgangsstromleitungen sollten dick genug sein, um die Anforderungen der großen Stromübertragung zu erfüllen, den Leitungswiderstand und den Spannungsabfall zu reduzieren, und Kupfergießen kann gegebenenfalls verwendet werden.

Erdungsbehandlung:

Entwerfen Sie separate analoge Boden und digitaler Boden und verbinden Sie sie schließlich an einem einzelnen Punkt, um eine Störung des Bodenschleifens zu vermeiden.

Mehrschichtige PCBs können verwendet werden, wobei die mittlere Schicht als Erdungsschicht zur Verbesserung des Erdungswirkung und zur Verringerung der elektromagnetischen Interferenz verwendet werden kann.

Andere Aspekte:

Wenn die Bedingungen dies zulassen, verwenden Sie mehrschichtige PCBs mit der mittleren Schicht als Erdungsschicht oder Leistungsschicht, um das Übersprechen zu schützen und zu reduzieren.

Verwenden Sie 3D -Paketbibliotheken, um Komponenten während der Entwurfsphase zu visualisieren, ein angemessenes Layout zu gewährleisten, Installationsprobleme zu vermeiden und ein kompaktes Layout zu erreichen, das den elektrischen und mechanischen Anforderungen entspricht.

Modelle der LM2596 -Serie

LM2596 Paket

Um zusammenzufassen,Der LM2596 -SpannungsreglerNetzt sich aufgrund seiner hervorragenden Leistung, des einfachen Betriebs und des breiten Anwendungsbereichs eine wichtige Position im Bereich Elektronik ein. In der Zwischenzeit bieten seine alternativen Produkte auch mehr Optionen für Designs mit unterschiedlichen Anforderungen.