Конвертер LM2596 (Регулятор)
Регуляторы серии LM2596 это монолитные интегральные схемы, которые обеспечивают все активные функции понижающего импульсного стабилизатора, поддерживающие 3А в линии нагрузки. Эти устройства доступны в версиях с фиксированными выходными напряжениями 3,3 В, 5В, 12В, и изменяемым выходным напряжением.
Требуют минимальное количество внешних компонентов, просты в использовании и включают в себя частотную компенсацию с фиксированной частотой кварцевого генератора.
Микросхемы серии LM2596 работают на частоте 150 кГц, позволяя использовать компоненты фильтра меньшего размера. Микросхемы доступны в стандартном исполнении в корпусах TO-220 и TO-263 для поверхностного для монтажа.Они обеспечивают гарантированный допуск ±4% на выходное напряжение в пределах указанного входного напряжения и выходной нагрузки. Ток потребления в режиме ожидания 80 мкА .
Защита схемы дает возможность двукратного снижение предельного тока для выходного ключа, и полное отключение в случае перегрева.
Особенности — 3.3 В, 5В, 12В, и регулируемое
Выходное напряжение
- — регулируемый диапазон выходного напряжения от 1.2 В до 37В
- — ±4% стабильность напряжения в цепи нагрузки
- — доступны в TO-220 и TO-263 исполнения
- — гарантированный выходной ток нагрузки 3А
- — диапазон входного напряжения до 40В
- — требует только 4 внешних компонента
- — превосходные нагрузочные технические характеристики
- — 150 кГц фиксированная частота внутреннего генератора
- — TTL возможность выключения
- — низкое энергопотребление режим ожидания, IQ, как правило, 80 мкА
- — высокая эффективность
- — использование легко доступных стандартных индуктивностей
- — тепловое отключение и защита по току
Применение
- — простой высоко эффективный ступенчатый регулятор
- — ключевые регуляторы
- — преобразователь из положительного в отрицательный
Схема подключения (Для фиксированного входного напряжения)
Схема включения LM2596
Абсолютные максимальные значения (1)
| Напряжение питания | 45В |
| Напряжение на выводе ON/OFF | -0.3 ≤ В ≥ +25 В |
| Напряжение на выводе Feedback (Обратная связь) | -0.3 ≤ В ≥ +25 В |
| Напряжение на выводе Ground (стабильное) | -1В |
| Рассеиваемая мощность | Внутренне ограничена |
| Диапазон температур хранения | от -65°C до +150°C |
| Электростатическая восприимчивость | |
| Для модели человеческого тела(2) | 2 кВ |
| Значения температур | |
| Корпус DDPAK/TO-263 | |
| Конвекция (60 сек.) | +215°C |
| Ик излучение | +260°C |
| Корпус TO-220 (Пайка, 10 сек.) | +260°C |
| Максимальная температура p-n перехода | +150°C |
(1) Абсолютные максимальные значения показывают пределы, превышение которых, может привести к повреждению устройства. Эксплуатационные значения указывают условия в которых устройство может функционировать, но не обеспечивают конкретные пределы производительности. Для обеспечения спецификаций и условий испытания см. Электрические характеристики.
(2) Модель человеческого тела представляет собой конденсатор 100 пФ, который разряжается на каждом выводе, через резистор 1,5 кОм.
Эксплуатационные значения
| Диапазон температур | −40°C ≤ TJ ≤ +125°C |
| Напряжение питания | от 4,5 В до 40 В |
Электрические характеристики LM2596-3.3
Спецификация для TJ = 25°C — стандартным шрифтом. Для других значений рабочих температур — жирным шрифтом.
| Обозначение | Параметр | Условия | LM2596-3.3 | Ед. изм. (Предельные) | |
| Тип. (1) | Предельные (2) | ||||
VOUT | Выходное напряжение | 4.75 В ≤ VIN ≤ 40 В, 0.2 A ≤ ILOAD ≤ 3 A | 3,3 | В | |
| 3.168/3.135 | В (мин.) | ||||
| 3.432/3.465 | В (макс.) | ||||
| η | Эффективность | VIN = 12 В, ILOAD = 3A | 73 | % | |
(1) Типовые значения при 25 °C, представляющие собой норму.
(2) Все пределы гарантированы при комнатной температуре (стандартный шрифт) и для экстремальных температур (жирный шрифт). Все пределы для комнатной температуры прошли 100% проверку на производстве. Все пределы для экстремальных температур гарантируются посредством корреляции с использованием метода стандартного статистического контроля качества (SQC). Все пределы используются для расчета среднего выходного уровня качества (AOQL).
(3) Внешние компоненты такие как ограничивающие диод, катушка индуктивности, входной и выходной конденсаторы, программируемые напряжением резисторы могут повлиять на характеристики системы импульсного регулятора. Когда LM2596 используется, как показано на рисунке 1 (Испытание цепи), характеристики системы будут выглядеть, как показано в параметрах системы в разделе электрические характеристики.
Электрические характеристики LM2596-5.0
Спецификация для TJ = 25°C — стандартным шрифтом. Для других значений рабочих температур — жирным шрифтом.
| Обозначение | Параметр | Условия | LM2596-5.0 | Ед. изм. (Предельные) | |
| Тип. (1) | Предельные (2) | ||||
VOUT | Выходное напряжение | 7 В ≤ VIN ≤ 40 В, 0.2 A ≤ ILOAD ≤ 3 A | 5,0 | В | |
| 4.800/4.750 | В (мин.) | ||||
| 5.200/5.250 | В (макс.) | ||||
| η | Эффективность | VIN = 12 В, ILOAD = 3A | 80 | % | |
(1) Типовые значения при 25 °C, представляющие собой норму.
(2) Все пределы гарантированы при комнатной температуре (стандартный шрифт) и для экстремальных температур (жирный шрифт). Все пределы для комнатной температуры прошли 100% проверку на производстве. Все пределы для экстремальных температур гарантируются посредством корреляции с использованием метода стандартного статистического контроля качества (SQC). Все пределы используются для расчета среднего выходного уровня качества (AOQL).
(3) Внешние компоненты такие как ограничивающие диод, катушка индуктивности, входной и выходной конденсаторы, программируемые напряжением резисторы могут повлиять на характеристики системы импульсного регулятора. Когда LM2596 используется, как показано на рисунке 1 (Испытание цепи), характеристики системы будут выглядеть, как показано в параметрах системы в разделе электрические характеристики.
Электрические характеристики LM2596-12
Спецификация для TJ = 25°C — стандартным шрифтом. Для других значений рабочих температур — жирным шрифтом.
| Обозначение | Параметр | Условия | LM2596-12 | Ед. изм. (Предельные) | |
| Тип. (1) | Предельные (2) | ||||
VOUT | Выходное напряжение | 15 В ≤ VIN ≤ 40 В, 0.2 A ≤ ILOAD ≤ 3 A | 12 | В | |
| 11.52/11.40 | В (мин.) | ||||
| 12.48/12.60 | В (макс.) | ||||
| η | Эффективность | VIN = 25 В, ILOAD = 3A | 90 | % | |
(1) Типовые значения при 25 °C, представляющие собой норму.
(2) Все пределы гарантированы при комнатной температуре (стандартный шрифт) и для экстремальных температур (жирный шрифт). Все пределы для комнатной температуры прошли 100% проверку на производстве. Все пределы для экстремальных температур гарантируются посредством корреляции с использованием метода стандартного статистического контроля качества (SQC). Все пределы используются для расчета среднего выходного уровня качества (AOQL).
(3) Внешние компоненты такие как ограничивающие диод, катушка индуктивности, входной и выходной конденсаторы, программируемые напряжением резисторы могут повлиять на характеристики системы импульсного регулятора. Когда LM2596 используется, как показано на рисунке 1 (Испытание цепи), характеристики системы будут выглядеть, как показано в параметрах системы в разделе электрические характеристики.
Электрические характеристики LM2596-ADJ
Спецификация для TJ = 25°C — стандартным шрифтом. Для других значений рабочих температур — жирным шрифтом.
| Обозначение | Параметр | Условия | LM2596-ADJ | Ед. изм. (Предельные) | |
| Тип. (1) | Предельные (2) | ||||
VFB | Напряжение обратной связи | 15 В ≤ VIN ≤ 40 В, 0.2 A ≤ ILOAD ≤ 3 A | 1.230 | В | |
| 1.193/1.180 | В (мин.) | ||||
| 1.267/1.280 | В (макс.) | ||||
| η | Эффективность | VIN = 12 В, ILOAD = 3A | 73 | % | |
(1) Типовые значения при 25 °C, представляющие собой норму.
(2) Все пределы гарантированы при комнатной температуре (стандартный шрифт) и для экстремальных температур (жирный шрифт). Все пределы для комнатной температуры прошли 100% проверку на производстве. Все пределы для экстремальных температур гарантируются посредством корреляции с использованием метода стандартного статистического контроля качества (SQC). Все пределы используются для расчета среднего выходного уровня качества (AOQL).
(3) Внешние компоненты такие как ограничивающие диод, катушка индуктивности, входной и выходной конденсаторы, программируемые напряжением резисторы могут повлиять на характеристики системы импульсного регулятора. Когда LM2596 используется, как показано на рисунке 1 (Испытание цепи), характеристики системы будут выглядеть, как показано в параметрах системы в разделе электрические характеристики.
Электрические характеристики для всех версий выходного напряжения
Спецификация стандартным шрифтом для TJ = 25°C, и жирным шрифтом для других значений диапазона рабочих температур. Если не указано иное, VIN = 12 В для 3.3 В, 5 В, и регулируемой версии и VIN = 24 В для 12 В версии. Iload = 500 мА.
| Обозначение | Параметр | Условия | LM2596-XX | Ед. изм. (Предельные) | |
| Тип. (1) | Предельные (2) | ||||
| Ib | Ток смещения обратной связи | Только для регулируемой версии, VFB = 1.3 В | 10 | нА | |
| 50/100 | нА(макс.) | ||||
| fo | Частота генератора | См.(3) | 150 | 127/110 | кГц |
| 127/110 | кГц(мин.) | ||||
| 173/173 | кГц(макс.) | ||||
| Vsat | Напряжение насыщения | Iout = 3 А (4),(5) | 1.16 | В | |
| 1.4/1.5 | В(макс.) | ||||
| DC | Макс. коэффициент заполнения | См. (5) | 100 | % | |
| Мин. коэффициент заполнения | См. (6) | 0 | |||
| ICL | Предельный ток | Пиковый ток (4),(5) | 4.5 | А | |
| 3.6/3.4 | А(мин.) | ||||
| 6.9/7.5 | А(макс.) | ||||
| IL | Выходной ток утечки | Напряжение на выходе 0 В (4),(6) | 50 | мкА(макс.) | |
| Напряжение на выходе -1 В (7) | 2 | мА | |||
| 30 | мА(макс.) | ||||
| IQ | Ток покоя | См. (6) | 5 | мА | |
| 10 | мА(макс.) | ||||
| ISTBY | Ток покоя в режиме ожидания | Напряжение на выводе вкл./выкл. 5 В(выкл.) (7) | 80 | мкА | |
| 200/250 | мкА(макс.) | ||||
| θJC | Тепловое сопротивление | Корпус TO-220 или TO-263 от кристалла к корпусу | 2 | °C/Вт | |
| θJA | Корпус TO-220, от кристалла к окружающей среде | 50 | °C/Вт | ||
| θJA | Корпус TO-263, от кристалла к окружающей среде | 50 | °C/Вт | ||
| θJA | Корпус TO-263, от кристалла к окружающей среде | 30 | °C/Вт | ||
| θJA | Корпус TO-263, от кристалла к окружающей среде | 20 | °C/Вт | ||
| Вывод вкл./выкл. как дискретный вход | 1.3 | В | |||
| VIH | Пороговое напряжение | Нижнее (Вкл.) | 0.6 | В(Макс.) | |
| VIL | Верхнее (Выкл.) | 0.2 | В(Мин.) | ||
| IH | Ток на выводе вкл./выкл. | VLOGIC = 2.5 В (Вкл.) | 5 | мкА | |
| 15 | мкА(макс.) | ||||
| IL | VLOGIC = 0.5 В (Вкл.) | 0.03 | мкА | ||
| 5 | мкА(макс.) | ||||
(1) Типовые значения при 25 °C, представляющие собой норму.
(2) Все пределы гарантированы при комнатной температуре (стандартный шрифт) и для экстремальных температур (жирный шрифт). Все пределы для комнатной температуры прошли 100% проверку на производстве. Все пределы для экстремальных температур гарантируются посредством корреляции с использованием метода стандартного статистического контроля качества (SQC). Все пределы используются для расчета среднего выходного уровня качества (AOQL).
(3) Частота переключения уменьшается, когда активируется вторая стадия с ограничением тока.
(4) Нет диода, катушки индуктивности или конденсатора, подключенных к выходным контактам.
(5) Контакт Feedback отключен от выхода и подключен к 0V, чтобы заставить выходной транзистор переключиться на ON.
(6) Контакт Feedback отключен от выхода и подключен к 12V для 3.3V, 5V, и ADJ. версий, и 15V для 12V версии, чтобы заставить выходной транзистор переключиться на OFF.
(7) VIN = 40 В.
Схемы включения
Рис. 1 Схема с плавным включением
Схема представленная на Рис. 1 использует вывод включения/выключения (ON /OFF), чтобы обеспечить временную задержку между моментом изменения напряжения на входе и изменением напряжения на выходе. При повышении напряжения на входе, начинает заряжаться конденсатор С1, тем самым устанавливая высокий уровень напряжения на выводе ON /OFF, что удерживает регулятор в выключенном состоянии. После того как конденсатор зарядится, ток в цепи прекращается, и на выводе ON /OFF через резистор R2 устанавливается низкий уровень напряжения. Это включает регулятор. Резистор R1 служит для ограничения напряжения на выводе ON /OFF (максимум 25 В), а также снижает чувствительность к помехам в цепи питания и ограничивает ток заряда конденсатора C1. При высокой пульсации напряжения на входе, следует избегать большого времени задержки, так как пульсация на выводе ON /OFF осложнит работу схемы. Эта схема будет полезна там, где источник питания на входе имеет ограничения по току. Она позволяет входному напряжению увеличиться до рабочего напряжения и только потом подключает регулятор.
Блокировка при снижении напряжения
В некоторых схемах применения LM2596 требуется, чтобы микросхема оставалась отключена до тех пор, пока входное напряжение не достигнет заданного уровня. Функция блокировки при снижении напряжения применяется в схемах импульсных преобразователей, показанных на Рис. 2, Рис. 3. В схеме на Рис. 2 имеется постоянное напряжение для включения и отключения, задаваемое стабилитроном Z1. Если нужен гистерезис, схема на Рис. 2 может обеспечить напряжение включения отличное от напряжения выключения (напряжение на стабилитроне плюс примерно 1 В). Общий гистерезис при этом представляется приблизительно равным выходному напряжению. Если напряжение на стабилитроне превышает 25 В, подключается дополнительный резистор 47 кОм. Он соединяет вывод ON /OFF с землей для того, чтобы напряжение на этом выводе оставалось в пределах 25 В.
Рис. 2 Схема с блокировкой при снижении напряжения
Схема инвертора
Схема на Рис. 3 преобразует положительное напряжение на входе в отрицательное на выходе с общей землей. Схема работает как стабилизатор с компенсационной обратной связью. В данной схеме для получения – 5 В применяется LM2596-5.0. Для получения других значений выходного напряжения могут применяться другие серии LM2596, в том числе и регулируемая. Поскольку такая топология может поддерживать выходное напряжение больше или и меньше входного, выходной ток в значительной степени зависит от входного и выходного напряжений. Кривые представленные на Рис 4. Дают возможность подбора тока в нагрузке при различных значениях входного и выходного напряжений. Максимальное напряжение на регуляторе равно абсолютной сумме входного и выходного напряжений и не должно превышать 40 В. Например при преобразовании напряжения + 20 В в -12 В, на входе регулятора будет напряжение 32 В относительно земли. Диод D1 служит для фильтрации пульсаций или шумов от прохождения через конденсатор CIN на выход, при небольшой нагрузке или без нее. Диод Шоттки рекомендуется применять при низких входных напряжениях (из-за низкого падения напряжения), для более высоких напряжений можно использовать диод с накоплением заряда (импульсный диод).
Без диода D3 при подаче напряжения на вход, зарядный ток через конденсатор CIN может дать положительное напряжение в несколько вольт на выходе. Диод D3 ограничивает это напряжение.
Из-за различий в работе инверторов стандартная процедура разработки схемы не использует метод подбора индуктивности. В большинстве случаев применяется индуктивность 33 мкГн, 3.5 А.
Тип инвертора показанный на Рис. 3 Требует больших суммарных токов на входе для запуска, даже при небольших значениях нагрузки. При запуске инвертора токи на входе достигают максимальных значений ( для LM2596 4.5 А) и должны удерживаться на этом уровне не менее 2 мс, пока напряжение на выходе не достигнет номинального значения. Фактическое время зависит от выходного напряжения и емкости конденсатора COUT. Из-за больших пусковых токов в схеме используется задержка запуска, задаваемая цепочкой C1, R1 и R2 . Задержка запуска дает время зарядиться конденсатору CIN, а тот в свою очередь обеспечивает больший ток на входе. Увеличивая емкость CIN, можно добиться работы в более сложных условиях эксплуатации.
Рис. 3 Схема инвертора на -5 В с задержкой включения
Рис. 4 Кривые зависимости тока в нагрузке от напряжений на входе
Схема отключения регулятора
Использование вывода ON /OFF в схеме импульсного понижающего стабилизатора, для отключения, очень просто. Для включения стабилизатора на вывод ON /OFF нужно подать напряжение ниже 1.3 В (относительно земли). Для выключения нужно подать напряжение выше 1.3 В. В схеме инвертора применяется другая цепь, так как вывод GND подключен не к земле, а к выходу с отрицательным уровнем напряжения. Два разных метода отключения инвертора показаны на Рис. 5 и Рис. 6.
Схема инвертора с подачей отключающего напряжения относительно земли
Схема инвертора с подачей отключающего напряжения относительно земли с использованием.
Печатная плата для версии с фиксированным выходным напряжением
- CIN—470 мкФ, 50 В, электролитический Panasonic, “HFQ Series”
- COUT—330 мкФ, 35 В, электролитический Panasonic, “HFQ Series”
- D1—5 A, 40В диод Шоттки, 1N5825
- L1—47 мкГн, L39, Renco
Печатная плата для версии с изменяемым выходным напряжением
- CIN—470 мкФ, 50 В, электролитический Panasonic, “HFQ Series”
- COUT—330 мкФ, 35 В, электролитический Panasonic, “HFQ Series”
- D1—5 A, 40В диод Шоттки, 1N5825
- L1—47 мкГн, L39, Renco
- R1—1 кОм, 1%
- R2 рассчитывается по формуле: formula_r2
- CFF подбирается из таблиц ниже
| Выходное напряжение (В) | Емкость CFF |
| 2 | 33 нФ |
| 4 | 10 нФ |
| 6 | 3.3 нФ |
| 9 | 1.5 нФ |
| 12 | 1 нФ |
| 15 | 680 пФ |
| 24 | 560 пФ |
| 28 | 390 пФ |
Источник данной статьи https://rudatasheet.ru/datasheets/dc-dc-lm2596/
