LM2596S 概述

LM2596S 是一款高效率、易于使用的降壓型穩(wěn)壓器，由美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體（National Semiconductor，現(xiàn)歸屬于德州儀器）開發(fā)。這款芯片能夠在寬范圍輸入電壓條件下工作，輸出穩(wěn)定的直流電壓。其主要特點(diǎn)是高轉(zhuǎn)換效率、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和較低的成本，常用于電源管理領(lǐng)域，如工業(yè)控制、通信設(shè)備、消費(fèi)電子等。

主要功能

1. 降壓穩(wěn)壓：將較高的輸入電壓降低到目標(biāo)輸出電壓。

2. 過流保護(hù)：防止芯片在負(fù)載短路或過載情況下?lián)p壞。

3. 熱保護(hù)：防止芯片在高溫環(huán)境下運(yùn)行失效。

4. 電壓調(diào)節(jié)：支持可調(diào)輸出電壓范圍。

5. 高效率轉(zhuǎn)換：降低熱量損耗，提高電源效率。

芯片參數(shù)

1. 輸入電壓范圍

• 標(biāo)稱輸入電壓范圍：4.5V 至 40V

• 推薦使用范圍：7V 至 25V

2. 輸出電壓范圍

• 可調(diào)版本輸出范圍：1.23V 至 37V

• 固定輸出版本：3.3V、5V、12V 等

3. 輸出電流

• 最大輸出電流：3A

• 穩(wěn)定輸出電流：2.5A（推薦使用）

4. 開關(guān)頻率

• 工作頻率：150 kHz（典型值）

5. 轉(zhuǎn)換效率

• 最大效率：90%

6. 封裝類型

• TO-263 表面貼裝封裝（常見型號(hào)：LM2596S）

工作原理

LM2596S 是一種脈寬調(diào)制（PWM）控制的開關(guān)穩(wěn)壓器，其核心工作原理是通過開關(guān)元件（內(nèi)部集成 MOSFET）以高速開關(guān)動(dòng)作控制電感儲(chǔ)能和釋放。具體工作流程如下：

1. 輸入電壓調(diào)節(jié)：輸入高壓經(jīng)過整流和濾波后提供給芯片輸入端。

2. 內(nèi)部振蕩器：芯片內(nèi)部的振蕩器產(chǎn)生固定頻率的 PWM 信號(hào)。

3. 功率開關(guān)調(diào)制：通過調(diào)節(jié) PWM 信號(hào)的占空比，實(shí)現(xiàn)對(duì)電感的充放電控制。

4. 輸出電壓整流與濾波：電感釋放的電流通過續(xù)流二極管（Schottky）以及輸出濾波電容，最終產(chǎn)生穩(wěn)定的直流電壓。

5. 反饋控制：通過電阻分壓電路將輸出電壓反饋至芯片的反饋引腳（FB），與內(nèi)部參考電壓進(jìn)行比較，以實(shí)時(shí)調(diào)整 PWM 信號(hào)。

典型電路圖

下面是一張基于 LM2596S 的降壓電路示意圖：

原理圖說明

輸入電壓范圍：7V-40V  
輸出電壓：5V  
輸出電流：最大3A  

電路圖

設(shè)計(jì)步驟

1. 輸入輸出電壓選擇

根據(jù)應(yīng)用需求選擇輸入電壓范圍和目標(biāo)輸出電壓。例如：

• 輸入電壓：12V

• 輸出電壓：5V

2. 反饋電阻分壓計(jì)算

LM2596 的反饋電壓固定為 1.23V，可通過公式計(jì)算 R1 和 R2 的阻值：

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

例如，當(dāng)需要輸出 5V 時(shí)，假設(shè) R2 = 1kΩ，則：

$$R1 = R2 imes left(frac{V_{out}}{V_{FB}} - 1 ight) = 1kΩ imes left(frac{5}{1.23} - 1 ight) approx 3.06kΩ$$R1=R2×(VFBVout?1)=1kΩ×(1.235?1)≈3.06kΩ

3. 電感值選擇

電感值的計(jì)算公式如下：

$$L = frac{V_{out} imes (1 - D)}{f_{sw} imes Delta I}$$L=fsw×ΔIVout×(1?D)

其中：

• $D$D 為占空比，可用$D = frac{V_{out}}{V_{in}}$D=VinVout 計(jì)算

• $f_{sw}$fsw 為開關(guān)頻率，典型值為 150 kHz

• $Delta I$ΔI 為電感電流紋波，推薦為最大輸出電流的 20%-30%

4. 輸入/輸出濾波電容選擇

• 輸入電容：高頻低 ESR 電解電容，通常選 330μF/50V。

• 輸出電容：470μF/16V，保證輸出電壓紋波較小。

5. 二極管選擇

建議選用低正向壓降、高速的肖特基二極管，如 1N5824。

應(yīng)用領(lǐng)域

1. 工業(yè)電源：提供設(shè)備的直流電源，適用于工業(yè)控制系統(tǒng)。

2. 通信設(shè)備：用作交換機(jī)、路由器的電源模塊。

3. 消費(fèi)電子：如移動(dòng)電源、充電器和小家電的電源管理。

4. 汽車電子：適用于車載設(shè)備如音頻系統(tǒng)和儀表盤。

優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

1. 高效率：采用 PWM 開關(guān)技術(shù)，降低熱損耗。

2. 寬輸入范圍：適配多種輸入電壓源。

3. 輸出穩(wěn)定：支持動(dòng)態(tài)負(fù)載調(diào)整，紋波小。

4. 集成度高：無需復(fù)雜外部元器件，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。

5. 保護(hù)功能齊全：內(nèi)置過流、過溫保護(hù)。

注意事項(xiàng)

1. 電感和電容的選型：確保電感值和電容容量滿足電路需求，以避免輸出紋波過大。

2. 散熱管理：LM2596S 封裝中，功耗集中在芯片內(nèi)部，需注意 PCB 布局的散熱設(shè)計(jì)。

3. 輸入電壓范圍：不要超過芯片的最大輸入電壓限制，以免損壞芯片。

4. 電路穩(wěn)定性：避免電路中大電流路徑過長(zhǎng)，以減少寄生電感引發(fā)的干擾。

總結(jié)

LM2596S 是一款經(jīng)典的高性能降壓穩(wěn)壓器芯片，因其高效、低成本和易于設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種電源管理場(chǎng)景。通過正確的電路設(shè)計(jì)和元器件選擇，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出和高效的能量轉(zhuǎn)換，滿足不同領(lǐng)域的電源需求。