Regulador de tensão LM2596: substituições, características de desempenho, arquitetura interna e usos práticos

O LM2596, um regulador de tensão de troca de interrupção amplamente utilizado introduzido pela Texas Instruments, tem um desempenho com destaque no campo do gerenciamento de energia. Este artigo explorará suas características principais, princípios de trabalho e aplicações práticas.

Regulador de tensão LM2596+Bom

Visão geral do regulador de tensão LM2596

Os reguladores de tensão da série LM2596são circuitos integrados monolíticos que fornecem todas as funções ativas para os reguladores de comutação de redução (BUCK). Eles podem gerar cargas 3A com excelentes recursos de regulação de linha e carga. Esta série de dispositivos inclui versões com tensões de saída fixa de 3.3V, 5V e 12V, bem como uma versão de saída ajustável para atender aos diferentes requisitos de aplicativos.
Ele opera em uma frequência de comutação de 150kHz, que permite o uso de componentes de filtragem de tamanho menor em comparação com os reguladores de comutação de menor frequência. Ele adota o pacote padrão de 5 pinos TO-220 (com várias opções de flexão de chumbo) e o pacote de 5 pinos TO-263, facilitando o uso. Apenas alguns componentes externos são necessários para operação e contém compensação de frequência interna e um oscilador de frequência fixa.

LM2596 Regulador de tensão pinouts

Especificações do regulador de tensão LM2596

Qual é o princípio do controle do PWM do regulador de tensão LM2596?

O LM2596Utiliza a modulação de largura de pulso (PWM) para regular a tensão de saída. Seu oscilador interno gera um relógio de frequência fixa de 150khz. O amplificador de erro compara a tensão de feedback (da saída por meio de divisores de tensão) com uma tensão de referência, produzindo um sinal de erro. Este sinal controla o comparador PWM, que ajusta o ciclo de trabalho do interruptor de energia interno (MOSFET/BJT).

Quando o interruptor estiver acionado, a tensão de entrada fornece energia ao indutor e carga; Quando está desligado, o indutor descarrega através do diodo de roda livre, mantendo a corrente. Ao variar a proporção no tempo (ciclo de trabalho), a tensão média de saída é regulada. Os ciclos de serviço mais altos aumentam a tensão de saída, enquanto os inferiores a diminuem, garantindo a saída estável, apesar das alterações de entrada ou carga.

Recursos de regulador de tensão LM2596

Opções de tensão de saída:Versões de tensão de saída fixa que fornecem 3.3V, 5V e 12V, bem como uma versão ajustável com uma faixa de tensão de saída de 1,2V a 37V.
Precisão:O erro máximo é de ± 4% em toda a linha e condições de carga.
Capacidade de carga:Pode fornecer uma corrente de carga de saída de 3a.
Intervalo de tensão de entrada:Até 40V.
Requisitos de componentes externos:São necessários apenas quatro componentes externos, facilitando o uso.
Frequência de troca:O oscilador interno tem uma frequência fixa de 150kHz.
Função de desligamento:Possui capacidade de desligamento TTL e o QI de corrente quiescente no modo de espera de baixa potência é tipicamente 80μA.
Eficiência:Alta eficiência, com versões diferentes com eficiências diferentes em condições específicas. Por exemplo, a versão de 12V tem uma eficiência típica de 90% quando a tensão de entrada é 25V e a corrente de carga é 3A.
Recursos de proteção:Equipado com desligamento térmico e funções de proteção de limitação de corrente para garantir a segurança do dispositivo em condições de falha.

Aplicações reguladoras de tensão LM2596

O LM2596, como um regulador de comutação intensificada de alto desempenho, é amplamente utilizado em vários sistemas eletrônicos devido a suas vantagens, como alta eficiência, forte capacidade de carga e opções de tensão de saída flexíveis. Suas aplicações típicas incluem:

Sistemas de controle industrial: Fornece fonte de alimentação estável para sensores, atuadores e circuitos de controle em ambientes industriais. Com uma tensão de entrada máxima de 40V, ela pode se adaptar às grades de energia industrial instáveis, garantindo operação confiável do equipamento.

Eletrônica automotiva: Adequado para dispositivos de veículos, como áudio de carro, sistemas de navegação e carregadores a bordo. Sua capacidade de carga 3A atende aos requisitos de energia da maioria dos componentes eletrônicos automotivos, e o desligamento térmico e as funções de proteção de limites atuais aumentam a segurança durante a operação do veículo.

Equipamento de telecomunicações: Usado em roteadores, modems e módulos de comunicação para converter entradas de alta tensão (como 12V ou 24V) em baixa tensão (3,3V, 5V, etc.) exigidas pelos chips principais, garantindo a transmissão estável de sinal.

Dispositivos movidos a bateria: A versão de saída ajustável (1.2V a 37V) é ideal para dispositivos alimentados por baterias (como baterias de ácido de chumbo ou baterias de íons de lítio), permitindo a regulação flexível de tensão para prolongar a duração da bateria.

Fontes de alimentação para sistemas incorporados: Fornece energia estável para microcontroladores (por exemplo, série STM32), FPGAs e outros componentes incorporados. Sua baixa corrente de espera (80μA típica) ajuda a reduzir o consumo de energia em modos de baixa potência.

Sistemas de iluminação LED: Pode gerar matrizes de LED de alta potência ajustando a tensão de saída para corresponder à tensão de trabalho dos LEDs, com geração de calor reduzindo de alta eficiência e melhorando a estabilidade do sistema.

LM2596Regulador de tensão fixa

Versões de regulador de tensão fixa. Consulte o circuito acima. Podemos definir a tensão de saída alterando o IC:

• LM2596-3.3 para saída de 3.3V.
• LM2596-5.0 para saída de 5V.
• LM2596-12 para saída de 12V.

Também devemos ter outros componentes apropriados:

• C1 deve ser 330UF (ao usar LM2596-3.3, LM2596-5.0) ou 180UF (para LM2596-12).
• L1 = indutância da bobina, com um valor de 33UH (para LM2596-3.3, LM2596-5.0) ou 68UH (para LM2596-12).

LM2596 Regulador de tensão de saída ajustável

Agora vemos que a maioria das pessoas usa o LM2596 como um regulador de tensão de saída ajustável.

O regulador de tensão de saída ajustável LM2596, como mostrado, usa IC1 (LM2596), com a entrada de filtragem C1. L1, D1, R1, R2, C2, C3 formam o circuito. É necessário entrada CC não regulamentada, ajusta -se por meio de feedback (R1/R2), saídas reguladas por tensão para cargas 3A, permitindo regulação flexível de tensão.

Alternativas do regulador de tensão LM2596

LM2596 é um regulador popular de troca de redução, mas existem várias alternativas disponíveis que oferecem desempenho semelhante ou aprimorado para diferentes aplicações. Aqui estão algumas alternativas comuns:
1.LM2576

Um antecessor do LM2596, oferecendo funcionalidade semelhante com uma corrente de saída máxima de 3a.

Opera com uma frequência de comutação mais baixa (52kHz) em comparação com LM2596 (150KHz), que pode exigir componentes externos maiores.

Disponível em versões de tensão fixa (3,3V, 5V, 12V) e versões ajustáveis.

2. MP2307

Um conversor de desvio compacto e de alta eficiência com uma corrente máxima de saída de 3a.

Possui uma frequência de comutação mais alta (até 1,2 MHz), permitindo indutores e capacitores menores.

Oferece melhor eficiência do que o LM2596 em muitas condições operacionais, tornando-o adequado para dispositivos movidos a bateria.

3. XL4015

Um regulador reduzido de alta corrente capaz de fornecer até 5a de corrente de saída, tornando-o ideal para aplicações de energia mais alta.

Possui uma faixa de tensão de saída ajustável de 1,25V a 36V.

Inclui recursos de proteção excessiva e de excesso de temperatura.

4. LM1117

Um regulador linear, diferentemente dos reguladores de comutação mencionados acima, o que o torna mais simples, mas menos eficiente, para gotas de tensão de grande tensão.

Disponível em versões de tensão fixa (1,8V, 2,5V, 3,3V, 5V) e ajustáveis com uma corrente de saída máxima de 800mA.

Produz menos ruído do que a troca de reguladores, tornando -o adequado para circuitos analógicos sensíveis.

5.TPS5430

Um conversor de desvio de 3A com uma ampla faixa de tensão de entrada (5V a 36V) e tensão de saída ajustável (1,22V a 28V).

Apresenta alta eficiência (até 95%) e uma frequência de comutação de 500kHz.

Inclui funções de proteção interna, como excesso de corrente, excesso de tensão e desligamento térmico.

Funções do LM2596

Conversão de tensão: Ele pode converter uma tensão de entrada CC mais alta não regulamentada em uma tensão de saída CC menor estável. Ele oferece versões de tensão de saída fixa (como 3,3V, 5V, 12V) e uma versão ajustável cuja tensão de saída pode ser definida dentro da faixa de 1,2V a 37V.

Capacidade de direção: É capaz de impulsionar uma corrente de carga máxima de 3A, tornando -o adequado para alimentar vários dispositivos eletrônicos com requisitos de corrente moderados.

Otimização de eficiência: Operando em uma frequência de comutação fixa de 150kHz, permite o uso de componentes de filtragem de tamanho menor em comparação com os reguladores de menor frequência, obtendo boa eficiência na conversão de tensão.

Recursos de proteção: Incorpora as funções de proteção térmica e de proteção de limitação de corrente. O desligamento térmico protege o dispositivo contra danos devido à temperatura excessiva, e a limitação de corrente impede que a corrente excessiva flua através do regulador, protegendo o próprio regulador e a carga conectada.

Controle de desligamento externo: Ele possui uma função de desligamento externo (ON/OFF). Quando essa função é ativada, o regulador entra em um modo de espera de baixa corrente, reduzindo o consumo de energia.

Saída estável: Ele fornece excelente regulação de linha e carga, garantindo que a tensão de saída permaneça estável, mesmo quando houver alterações na tensão de entrada ou na carga.

Guia de layout da PCB LM2596

Layout do componente:

Capacitor de entrada:Coloque -o perto do pino de entrada do LM2596. Um capacitor eletrolítico de 470μF é frequentemente usado para reduzir as flutuações de tensão de entrada.

Pino de saída:Este pino gera uma onda PWM de aproximadamente 150kHz durante a operação normal, e os principais componentes periféricos são conectados aqui. Ao estabelecer, é necessário considerar a conveniência da conexão com componentes relacionados e integridade do sinal.

Pino de solo:O pino do solo deve ser curto e espesso para garantir um bom aterramento e pode ser conectado à camada de terra através de várias vias.

Pino de feedback:O pino de feedback está conectado ao resistor de feedback e deve estar o mais próximo possível do chip com traços curtos para reduzir a interferência e garantir a precisão da tensão de saída.

Pino de controle:O pino de controle está aterrado ou conectado a um nível alto de acordo com o modo de trabalho. Durante o layout, a conveniência da conexão com a fonte de sinal de controle deve ser considerada.

Layout geral:Organize dispositivos de alta velocidade (como o próprio LM2596) próximos um do outro para reduzir o comprimento das linhas de sinal de alta velocidade. Ao mesmo tempo, separam sinais analógicos, digitais e de alta velocidade em áreas diferentes para evitar interferências mútuas. Os dispositivos de potência devem ser distribuídos uniformemente e o espaço de dissipação de calor deve ser reservado para facilitar o fluxo de ar para a dissipação de calor.

Design de rastreamento:

Tente evitar traços paralelos de longa distância, especialmente para linhas de energia e linhas de sinal, para evitar a diafonia.

As linhas de energia de entrada e saída devem ser espessas o suficiente para atender aos requisitos de transmissão de corrente grande, reduzir a resistência à linha e a queda de tensão e o vazamento de cobre pode ser usado, se necessário.

Tratamento de aterramento:

Projete o solo analógico separado e o solo digital e, finalmente, conecte -os em um único ponto para evitar interferências do monte de terra.

Os PCBs de várias camadas podem ser usados, com a camada média como a camada do solo para aumentar o efeito do aterramento e reduzir a interferência eletromagnética.

Outros aspectos:

Se as condições permitirem, use PCBs de várias camadas, com a camada média como camada de terra ou camada de potência para proteger e reduzir a diafonia.

Utilize bibliotecas de pacotes 3D para visualizar componentes durante o estágio de design, garantindo um layout razoável, evitando problemas de instalação e atingindo um layout compacto que atenda aos requisitos elétricos e mecânicos.

Modelos da série LM2596

Pacote LM2596

Resumindo,o regulador de tensão LM2596ocupa uma posição importante no campo eletrônico devido ao seu excelente desempenho, operação simples e ampla gama de aplicações. Enquanto isso, seus produtos alternativos também oferecem mais opções para projetos com requisitos diferentes.