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【DC-DC开关电源芯片的使用(LM2596)】
2024-11-07 22:46

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 此电路由一个DC-DC开关稳压芯片(LM2596)和一个线性稳压芯片(AMS1117)组成,可以将7-40V的输入电压转换5V和3.3V的电压输出此处只对前半部分开关稳压芯片做介绍,线性稳压芯片另一篇文章介绍。

【DC-DC开关电源芯片的使用(LM2596)】

1.BUCK降压电路

此DC-DC芯片降压稳压主要是基于BUCK电路。网上对BUCK电路介绍很多,此处只大致讲解。

BUCK基本电路形式: 在这里插入图片描述 三极管导通时 电源经过三极管给电容C充电,给负载RL供电,同时电感L开始储能。 在这里插入图片描述 三极管关断时 通过二极管构成回路,电容C和电感L为负载RL供电,但是电流在缓慢减小。 在这里插入图片描述 由上图可见,通过对三极管基极施加高低电平(PWM)可以控制三极管的导通与关断,从而达到降压的目的。

结论:Vo=Vi*D(Vo是输出电压,Vi是输入电压,D是三极管基极PWM的占空比因为D在0~1之间,因此输出电压一定小于输入电压。(具体推导过程可自行查找

2.LM2596基本介绍

LM2596是降压型电源管理单片集成电路的开关电压调节器。 ★能够输出3A的驱动电流。 ★转换效率高,70%~90%。 ★固定输出版本有3.3V、5V、12V,可调版本可以输出小于37V的各种电压。

3.LM2596内部原理讲解

在这里插入图片描述 此芯片即是上面buck电路中三极管的部分,后面电容电感等需要外接。

开关及基准电压:ON/OFF引脚为低电平时开启此芯片,同时产生一个1.235V的参考电压,用于与反馈电压比较,实现稳压。

限流保护:当经过芯片的电流大于4.5A时,芯片自动关闭。

过热保护:当芯片温度过高时自动关闭。

三极管输出:可简单理解为BUCK电路中的开关三极管。

输出反馈:FEEDBACK脚接在电路的输出端,通过输出端的反馈电压与基准电压1.235V进行比较,从而检测输出电压是否偏离所需电压,进而对芯片进行相应的稳压控制。其中R1值固定2.5KΩ,R2值由芯片型号决定(不同输出电压,R2不同对于电压可调的型号,需外接R1和R2)。例如图中所示,5V输出的芯片R2=7.6KΩ。因为Vref=Vo*R1/(R1+R2)。1.235≈5*2.5/(2.5+7.6

假设(以5V输出为例:当Vo由于Vi的波动大于5V时,反馈检测电阻R1上的电压将大于1.235V,此电压Vr1与基准电压Vref通过误差放大器,将Vref-Vr1为负数)的值放大(这样,即使微小的误差也会被检测到)。然后送入比较器与一锯齿波比较比较器即对应输出高低电平控制后级的latch(如下图所示占空比增大)。比较输出为1时latch输出低电平,比较输出为0时latch输出高电平,相当于对比较器输出取反(实际latch类似于一个SR触发器,比较器输出接到R输入,此不做详解)。那么三极管基极接收到的PWM占空比减小,由BUCK电路的结论可知,占空比减小,输出电压减小,从而使输出处于动态平衡,稳定在5V。 在这里插入图片描述

4.常用接法及元件选取

数据手册接法 最上面的原理图即按此接法略加修改,此为固定的5V电压输出在这里插入图片描述

二极管D为了在三极管关断时,可以立刻使此二极管导通形成回路,需要选择反向恢复时间短的二极管,例如SS34(肖特基二极管)或ES2D(超快恢复二极管)。

电感L 在要求不高的情况下,选择33uH的功率电感即可。

输入输出端电容C 均由一个220uF的电解电容和一个100nF的陶瓷电容构成(最上面的原理图)。可滤除高频率和低频率的杂波,同时输出端还作为BUCK电路中的储能电容。 大小电容滤波的原理可看此篇博文:电容滤波

5.补充:输出可调电路

在这里插入图片描述 此为数据手册中给出的输出可调型号芯片的连接电路。相当于把输出固定型号芯片的检测电阻R1,R2从芯片中提出,可根据需要自行配置。同时,如果把R2换成可调电阻,即可通过改变其阻值实现输出电压的调节。同样满足Vref=Vo*R1/(R1+R2

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