RM2596 RÉGULATEUR DE TENSION: remplacements, traits de performance, architecture interne et utilisations pratiques

Le LM2596, un régulateur de tension de commutation largement utilisé introduit par Texas Instruments, fonctionne bien dans le domaine de la gestion de l'alimentation. Cet article explorera ses caractéristiques de base, ses principes de travail et ses applications pratiques.

Régulateur de tension LM2596+ Bom

Présentation du régulateur de tension LM2596

Les régulateurs de tension de la série LM2596sont des circuits intégrés monolithiques qui fournissent toutes les fonctions actives pour les régulateurs de commutation de débordement (BUCK). Ils peuvent conduire des charges 3A avec d'excellentes capacités de régulation de ligne et de charge. Cette série de périphériques comprend des versions avec des tensions de sortie fixes de 3,3 V, 5V et 12V, ainsi qu'une version de sortie réglable pour répondre à différentes exigences d'application.
Il fonctionne à une fréquence de commutation de 150 kHz, ce qui permet d'utiliser des composants de filtrage de plus petite taille par rapport aux régulateurs de commutation à faible fréquence. Il adopte le package standard à 5 broches à 220 (avec diverses options de flexion en plomb) et le package de montage de surface à 5 broches à 263, ce qui facilite l'utilisation. Seuls quelques composants externes sont nécessaires pour le fonctionnement, et il contient une compensation de fréquence interne et un oscillateur à fréquence fixe.

Pinouts de régulateur de tension LM2596

Spécifications du régulateur de tension LM2596

Quel est le principe de contrôle PWM du régulateur de tension LM2596?

Le LM2596Utilise la modulation de largeur d'impulsion (PWM) pour réguler la tension de sortie. Son oscillateur interne génère une horloge à fréquence fixe de 150 kHz. L'amplificateur d'erreur compare la tension de rétroaction (à partir de la sortie via des diviseurs de tension) avec une tension de référence, produisant un signal d'erreur. Ce signal contrôle le comparateur PWM, qui ajuste le cycle de service du commutateur d'alimentation interne (MOSFET / BJT).

Lorsque le commutateur est allumé, la tension d'entrée fournit de l'énergie à l'inductance et à la charge; Lorsqu'il est éteint, l'inductance se décharge à travers la diode en roue libre, en maintenant le courant. En faisant varier la proportion de temps (cycle de service), la tension de sortie moyenne est régulée. Des cycles de service plus élevés augmentent la tension de sortie, tandis que les plus bas le diminuent, garantissant une sortie stable malgré des changements d'entrée ou de charge.

Caractéristiques du régulateur de tension LM2596

Options de tension de sortie:Versions de tension de sortie fixe fournissant 3,3 V, 5V et 12V, ainsi qu'une version réglable avec une plage de tension de sortie de 1,2 V à 37 V.
Précision:L'erreur maximale est de ± 4% dans toute la ligne et les conditions de charge.
Capacité de chargement:Peut fournir un courant de charge de sortie de 3A.
Plage de tension d'entrée:Jusqu'à 40V.
Exigences des composants externes:Seuls quatre composants externes sont nécessaires, ce qui facilite l'utilisation.
Fréquence de commutation:L'oscillateur interne a une fréquence fixe de 150 kHz.
Fonction d'arrêt:A la capacité d'arrêt TTL, et le QI de courant de repos en mode de secours à faible puissance est généralement de 80 μA.
Efficacité:Haute efficacité, avec différentes versions ayant des efficacités différentes dans des conditions spécifiques. Par exemple, la version 12V a une efficacité typique de 90% lorsque la tension d'entrée est de 25 V et que le courant de charge est 3A.
Caractéristiques de protection:Équipé d'une arrêt thermique et d'une limitation de fonction de la protection limitant le courant pour assurer la sécurité de l'appareil dans des conditions de défaut.

Applications de régulateur de tension LM2596

Le LM2596, en tant que régulateur de commutation à haute performance, est largement utilisé dans divers systèmes électroniques en raison de ses avantages tels que une efficacité élevée, une forte capacité de charge et des options de tension de sortie flexibles. Ses applications typiques comprennent:

Systèmes de contrôle industriel: Il fournit une alimentation stable pour les capteurs, les actionneurs et les circuits de contrôle dans des environnements industriels. Avec une tension d'entrée maximale de 40V, il peut s'adapter aux réseaux d'alimentation industriels instables, assurant un fonctionnement fiable de l'équipement.

Électronique automobile: Convient aux appareils intégrés comme l'audio automobile, les systèmes de navigation et les chargeurs embarqués. Sa capacité de charge 3A répond aux besoins en puissance de la plupart des composants électroniques automobiles, et les fonctions d'arrêt thermique et de protection des limites de courant améliorent la sécurité pendant le fonctionnement du véhicule.

Équipement de télécommunications: Utilisé dans les routeurs, les modems et les modules de communication pour convertir les entrées haute tension (telles que 12V ou 24 V) en la basse tension (3,3 V, 5V, etc.) requise par les puces de base, assurant une transmission de signal stable.

Appareils à batterie: La version de sortie réglable (1,2 V à 37 V) est idéale pour les appareils alimentés par les batteries (comme les batteries au plomb-acide ou les batteries lithium-ion), permettant une régulation flexible de tension pour prolonger la durée de vie des batteries.

Alimentation électrique pour les systèmes intégrés: Fournit une puissance stable pour les microcontrôleurs (par exemple, la série STM32), les FPGA et autres composants intégrés. Son courant de secours faible (80 μA typique) aide à réduire la consommation d'énergie dans les modes de faible puissance.

Systèmes d'éclairage LED: Peut conduire des réseaux de LED haute puissance en ajustant la tension de sortie pour correspondre à la tension de travail des LED, avec une forte génération de chaleur à haute efficacité et à améliorer la stabilité du système.

LM2596Régulateur de tension fixe

Versions de régulateur de tension fixe. Reportez-vous au circuit ci-dessus. Nous pouvons définir la tension de sortie en modifiant l'IC:

• LM2596-3.3 pour la sortie 3,3 V.
• LM2596-5.0 pour la sortie 5V.
• LM2596-12 pour la sortie 12V.

Nous devons également avoir d'autres composants appropriés:

• C1 doit être 330uf (lors de l'utilisation de LM2596-3.3, LM2596-5.0) ou 180uf (pour LM2596-12).
• L1 = inductance de la bobine, avec une valeur de 33UH (pour LM2596-3.3, LM2596-5.0) ou 68UH (pour LM2596-12).

Régulateur de tension de sortie LM2596

Nous voyons maintenant que la plupart des gens utilisent le LM2596 comme régulateur de tension de sortie réglable.

Le régulateur de tension de sortie réglable LM2596, comme illustré, utilise IC1 (LM2596), avec entrée de filtrage C1. L1, D1, R1, R2, C2, C3 forment le circuit. Il prend une entrée CC non réglementée, s'ajuste via la rétroaction (R1 / R2), sortit la tension régulée pour les charges 3A, permettant une régulation de tension flexible.

Alternatives de régulateur de tension LM2596

LM2596 est un régulateur de commutation populaire, mais il existe plusieurs alternatives disponibles qui offrent des performances similaires ou améliorées pour différentes applications. Voici quelques alternatives courantes:
1 et 1LM2576

Un prédécesseur du LM2596, offrant des fonctionnalités similaires avec un courant de sortie maximal de 3A.

Fonctionne à une fréquence de commutation inférieure (52 kHz) par rapport à LM2596 (150 kHz), ce qui peut nécessiter des composants externes plus importants.

Disponible en versions de tension fixe (3,3 V, 5V, 12V) et versions réglables.

2. MP2307

Un convertisseur compact et à haute efficacité avec un courant de sortie maximal de 3A.

Comprend une fréquence de commutation plus élevée (jusqu'à 1,2 MHz), permettant des inductances et des condensateurs plus petits.

Offre une meilleure efficacité que LM2596 dans de nombreuses conditions de fonctionnement, ce qui le rend adapté aux appareils alimentés par batterie.

3. XL4015

Un régulateur de bas de haut niveau capable de livrer jusqu'à 5A de courant de sortie, ce qui le rend idéal pour des applications plus puissantes.

A une plage de tension de sortie réglable de 1,25 V à 36 V.

Comprend des caractéristiques de protection surexprimées et sur-températures.

4. LM1117

Un régulateur linéaire, contrairement aux régulateurs de commutation mentionnés ci-dessus, ce qui le rend plus simple mais moins efficace pour les grandes chutes de tension.

Disponible en tension fixe (1,8 V, 2,5 V, 3,3 V, 5V) et versions réglables avec un courant de sortie maximal de 800 mA.

Produit moins de bruit que la commutation de régulateurs, ce qui le rend adapté aux circuits analogiques sensibles.

5TPS5430

Un convertisseur de débordement 3A avec une large plage de tension d'entrée (5V à 36 V) et une tension de sortie réglable (1,22 V à 28 V).

Comprend une efficacité élevée (jusqu'à 95%) et une fréquence de commutation de 500 kHz.

Comprend des fonctions de protection intégrées telles que le sur-courant, la surtension et l'arrêt thermique.

Fonctions de LM2596

Conversion de tension: Il peut convertir une tension d'entrée CC plus élevée non réglementée en une tension de sortie CC inférieure stable. Il propose à la fois des versions de tension de sortie fixe (telles que 3,3 V, 5V, 12V) et une version réglable dont la tension de sortie peut être définie dans la plage de 1,2 V à 37 V.

Capacité de conduite: Il est capable de conduire un courant de charge maximal de 3A, ce qui le rend adapté à divers dispositifs électroniques avec des exigences de courant modérées.

Optimisation de l'efficacité: Fonctionnant à une fréquence de commutation fixe de 150 kHz, il permet d'utiliser des composants de filtrage de plus petite taille par rapport aux régulateurs à faible fréquence, tout en atteignant une bonne efficacité dans la conversion de tension.

Caractéristiques de protection: Il intègre l'arrêt thermique et les fonctions de protection de limitation de courant. L'arrêt thermique protège le dispositif des dommages dus à une température excessive, et la limitation du courant empêche le courant excessif de circuler dans le régulateur, de protéger à la fois le régulateur lui-même et la charge connectée.

Contrôle d'arrêt externe: Il a une fonction d'arrêt externe (ON / OFF). Lorsque cette fonction est activée, le régulateur entre en mode de veille à faible courant, réduisant la consommation d'énergie.

Sortie stable: Il fournit une excellente régulation de ligne et de charge, garantissant que la tension de sortie reste stable même lorsqu'il y a des modifications de la tension d'entrée ou de la charge.

Guide de mise en page LM2596 PCB

Disposition des composants:

Condensateur d'entrée:Placez-le près de la broche d'entrée du LM2596. Un condensateur électrolytique de 470 μF est souvent utilisé pour réduire les fluctuations de tension d'entrée.

Pin de sortie:Cette broche produit une onde PWM d'environ 150 kHz pendant le fonctionnement normal, et les principaux composants périphériques sont connectés ici. Lors de la disposition, il est nécessaire de considérer la commodité de la connexion avec les composants associés et l'intégrité du signal.

Pin de terre:La goupille de terre doit être courte et épaisse pour assurer une bonne mise à la terre et peut être connectée à la couche de terre à travers plusieurs vias.

Pin de rétroaction:La broche de rétroaction est connectée à la résistance de rétroaction et doit être aussi proche que possible de la puce avec des traces courtes pour réduire les interférences et assurer la précision de la tension de sortie.

Pin de commande:La broche de commande est mise à la terre ou connectée à un niveau élevé en fonction du mode de travail. Pendant la disposition, la commodité de la connexion avec la source de signal de contrôle doit être prise en compte.

Disposition globale:Disposez des dispositifs à grande vitesse (comme le LM2596 lui-même) près les uns des autres pour raccourcir la longueur des lignes de signal à grande vitesse. Dans le même temps, séparez des signaux analogiques, numériques et à grande vitesse dans différentes zones pour éviter les interférences mutuelles. Les dispositifs d'alimentation doivent être répartis uniformément et l'espace de dissipation de chaleur doit être réservé pour faciliter le débit d'air pour la dissipation thermique.

Conception de trace:

Essayez d'éviter les traces parallèles à longue distance, en particulier pour les lignes électriques et les lignes de signal, pour éviter la diaphonie.

Les lignes électriques d'entrée et de sortie doivent être suffisamment épaisses pour répondre aux exigences d'une transmission de courant importante, de réduction de la résistance aux lignes et de la chute de tension, et la déversement de cuivre peut être utilisée si nécessaire.

Traitement de mise à la terre:

Concevoir un sol analogique et un terrain numériques séparés, et enfin les connecter en un seul point pour éviter les interférences de boucle de sol.

Les PCB multicouches peuvent être utilisés, avec la couche moyenne comme couche de sol pour améliorer l'effet de mise à la terre et réduire les interférences électromagnétiques.

Autres aspects:

Si les conditions le permettent, utilisez des PCB multicouches, avec la couche intermédiaire comme couche de sol ou couche d'alimentation pour protéger et réduire la diaphonie.

Utilisez des bibliothèques de packages 3D pour visualiser les composants pendant la phase de conception, assurer une disposition raisonnable, éviter les problèmes d'installation et réaliser une disposition compacte qui répond aux exigences électriques et mécaniques.

Modèles de la série LM2596

Package LM2596

Pour résumer,le régulateur de tension LM2596occupe une position importante dans le domaine de l'électronique en raison de ses excellentes performances, de son fonctionnement simple et de sa large gamme d'applications. Pendant ce temps, ses produits alternatifs offrent également plus d'options pour les conceptions avec des exigences différentes.