Понизить напряжение имеющегося источника питания – задача не такая простая. Применение делителей (к которым можно отнести также параметрические и линейные стабилизаторы) ведет к резкому снижению КПД (например, если надо снизить уровень с 25 до 5 вольт, нагрузке достанется лишь 20% мощности источника питания). По этой причине для подобных задач используются импульсные стабилизаторы напряжения.
Особенности микросхемы LM2596
Работа импульсного стабилизатора, используемого в качестве DC-DC преобразователя, основана на перераспределении энергии источника во времени. Энергия запасается в дросселе и передается в нагрузку, а по мере уменьшения запаса он возобновляется. Преобразование осуществляется на достаточно высоких частотах (десятки и сотни килогерц), поэтому для сглаживания выходных пульсаций достаточно конденсатора небольшой ёмкости.
Подобные устройства имеют один недостаток – сложную схемотехнику, по этой причине удобно строить такие узлы на базе специализированных микросхем.
Такой микросхемой может служить, например, LM2596. Она имеет основные встроенные узлы:
- мощный ключ и схему управления ключом;
- формирователь опорного напряжения;
- устройство сравнения выходного уровня с опорным.
Чтобы создать базовый DC-DC преобразователь, надо добавить лишь:
- входные и выходные конденсаторы;
- дроссель для запасания энергии;
- диод, создающий путь для протекания тока и убирающий импульсы обратной полярности, возникающие при коммутации дросселя.
Кроме того, надо завести на соответствующий вывод напряжение на потребителе (непосредственно или с делителя).
Для различных целей используются микросхемы:
- LM2596-3.3 – на ней можно построить понижающий преобразователь с выходным уровнем 3,3 вольта.
- LM2596-5 (выходной уровень 5 вольт).
- LM2596-12 (12 вольт).
Помимо этого, существует версия микросхемы LM2596-ADJ, выходное напряжение которой можно регулировать в пределах 1,2..37 вольт.
Верхний предел регулировки напряжения в любом случае не может превышать входной уровень.
Основные характеристики
Главные характеристики микросхемы LM2596 можно посмотреть в таблице.
| Параметр | Версия микросхемы | Единица измерения | Значение |
|---|---|---|---|
| Пределы входного напряжения | 3,3 | вольт | 4,75..45 |
| 5 | вольт | 7..45 | |
| 12 | вольт | 15..45 | |
| ADJ | вольт | 4,5…45 | |
| Предельный ток нагрузки | все | ампер | 3,0 |
| Ток, потребляемый по цепи обратной связи | ADJ | наноампер | не более 100 |
| Потребляемый ток | все | миллиампер | 5..10 |
| Потребляемый ток в режиме OFF | все | микроампер | не более 250 |
| Порог включения по входу ON/OFF | все | вольт | 0,6..2 |
| Рабочая частота | все | кГц | 150 |
| КПД | все | % | 73 (при входном напряжении 12 вольт, выходном – 3 вольта и токе 3 ампера) |
Выпускаются микросхемы в версии LM2596HV – они допускает входное напряжение до 60 вольт при тех же значениях выходных напряжений.
Маркировка и производители
Микросхема LM2596 выпускается в различных вариантах корпуса. Есть версии для монтажа в отверстия печатной платы, есть для SMD-монтажа.
В любом варианте на корпус наносится маркировка, содержащая название прибора, а также дополнительные сведения в формате AWLYWWG, где:
- A – локация изготовления;
- WL – номер партии;
- Y – год выпуска;
- WW – номер рабочей недели;
- G – индекс упаковки, не содержащей свинца.
Количеству букв соответствует количество цифр. Год обозначается одной буквой, поэтому цифра 3 может означать как 2023, так и 2013, 2003 годы и т.п.
Разработчиком микросхемы считается фирма Texas Instruments, и название модуля обычно ассоциируют с этим производителем. На самом деле LM2596 в настоящее время выпускается многими известными и не очень заводами, многие из которых расположены в Юго-Восточной Азии.
Аналоги для замены, datasheet
Аналогами микросхемы считаются:
- XL4015;
- LM2576;
- MIC4576BU.
Хотя функционально эти микросхемы повторяют LM2596, они имеют незначительные отличия в характеристиках, а XL4015 имеет несколько отличающееся расположение выводов. Кроме того, у этой микросхемы вместо вывода управления ON/OFF есть вывод для подключения конденсатора для обхода внутреннего регулятора напряжения. Подробнее об этом можно прочитать в datasheet.
Схемы подключения
Базовая схема подключения LM2596 с регулируемым выходным уровнем, приводится в datasheet на микросхему. Входное напряжение подается на выводы 1 и 3 (с соблюдением полярности). Конденсатор Cin на входе улучшает стабильность работы. Рекомендуемое значение ёмкости для различных сочетаний входных и выходных напряжений можно найти в datasheet на микросхему (то же самое относится к конденсатору Cout).
Энергия для питания потребителя запасается в катушке индуктивности L1. Значения индуктивности для соответствующих входных и выходных уровней также имеются в datasheet.
Уменьшенное значение индуктивности приведет к просадке напряжения при токах нагрузки, близких к верхнему пределу. Увеличенная индуктивность приведет к увеличению габаритов.
На выходе установлен диод D1, создающий путь для протекания тока, когда внутренний ключ микросхемы закрыт, и поглощающий импульс обратной полярности, возникающий при коммутации индуктивности. Выходной конденсатор Cout сглаживает неровности выходного напряжения. Вход управления ON/OFF в данном примере соединен с общим проводом и не используется (преобразователь включен всегда).
Обратная связь, посредством которой устанавливается выходное напряжение, организована посредством делителя на резисторах R1R2. Уровень на нагрузке определяется по формуле U=Vref*(1+R2/R1), где Vref – опорное напряжение, равное 1,23 вольта.
Производитель рекомендует выбирать сопротивление R1 равное строго 1 кОм, причем с точностью 1%.
По тому же принципу подключаются микросхемы с фиксированным выходным напряжением. Единственное отличие – вывод 4 (обратная связь) должен быть подключен непосредственно к нагрузке без делителя напряжения.
Применение недорогих импульсных стабилизаторов напряжения в качестве понижающих DC-DC преобразователей нивелирует сложность изготовления и повышенную стоимость подобных электронных узлов по сравнению с линейными регуляторами. А выпуск готовых модулей на базе этих микросхем еще более упрощает их использование.
