LM2596 منظم الجهد: بدائل ، سمات الأداء ، الهندسة المعمارية الداخلية والاستخدامات العملية

LM2596، وهو منظم الجهد التبديل المستخدم على نطاق واسع في Texas Instruments ، يعمل بشكل بارز في مجال إدارة الطاقة. سوف تستكشف هذه المقالة خصائصها الأساسية ومبادئ العمل والتطبيقات العملية.

LM2596 منظم الجهد+بوم

نظرة عامة على منظم الجهد LM2596

منظمات الجهد من سلسلة LM2596هي دوائر متكاملة متجانسة توفر جميع الوظائف النشطة لمنظمات التبديل بين خطوة التنحي (باك). يمكنهم قيادة أحمال 3A مع إمكانيات تنظيم الخطوط الممتازة. تتضمن هذه السلسلة من الأجهزة إصدارات ذات فولتية إخراج ثابتة من 3.3V و 5V و 12V ، بالإضافة إلى إصدار إخراج قابل للتعديل لتلبية متطلبات التطبيق المختلفة.
يعمل بتردد تبديل قدره 150 كيلو هرتز ، مما يسمح باستخدام مكونات التصفية الأصغر حجمًا مقارنةً بمنظمي تبديل التردد المنخفض. يتبنى حزمة TO-220 القياسية (مع خيارات الانحناء المتأخرة المختلفة) وحزمة 5 دبوس إلى 263 ، مما يجعلها سهلة الاستخدام. لا يلزم سوى عدد قليل من المكونات الخارجية للتشغيل ، ويحتوي على تعويضات للتردد الداخلي ومذبذب التردد الثابت.

LM2596 منظم الجهد pinouts

مواصفات منظم الجهد LM2596

ما هو مبدأ التحكم في PWM لمنظم الجهد LM2596؟

LM2596يستخدم تعديل عرض النبض (PWM) لتنظيم جهد الخرج. يولد مذبذبها الداخلي الساعة 150 كيلو هرتز التردد الثابت. يقارن مضخم الخطأ جهد التغذية المرتدة (من الإخراج عبر مقسمات الجهد) مع جهد مرجعي ، مما ينتج عنه إشارة خطأ. تتحكم هذه الإشارة في مقارنة PWM ، والتي تعدل دورة عمل مفتاح الطاقة الداخلي (MOSFET/BJT).

عند تشغيل المفتاح ، يوفر جهد الإدخال الطاقة إلى المحث والتحميل ؛ عند إيقاف تشغيله ، يقوم المحث بتفريغ الصمام الثنائي الحر ، مع الحفاظ على التيار. من خلال تغيير النسبة في الوقت المحدد (دورة العمل) ، يتم تنظيم متوسط ​​جهد الناتج. تزيد دورات العمل العليا من جهد الناتج ، بينما تقللها الدورات المنخفضة ، مما يضمن إخراج مستقر على الرغم من تغييرات المدخلات أو الحمل.

ميزات منظم الجهد LM2596

خيارات جهد الإخراج:توفر إصدارات جهد الإخراج الثابتة 3.3 فولت ، 5 فولت ، و 12 فولت ، بالإضافة إلى إصدار قابل للتعديل مع نطاق جهد إخراج من 1.2 فولت إلى 37 فولت.
دقة:الحد الأقصى للخطأ هو ± 4 ٪ في ظل ظروف الخط والتحميل بأكمله.
سعة التحميل:يمكن أن توفر حمولة الإخراج تيار 3A.
نطاق جهد الإدخال:ما يصل إلى 40 فولت.
متطلبات المكون الخارجي:هناك حاجة إلى أربعة مكونات خارجية فقط ، مما يجعلها سهلة الاستخدام.
تردد التبديل:المذبذب الداخلي لديه تردد ثابت 150 كيلو هرتز.
وظيفة الإغلاق:لديه قدرة على إيقاف تشغيل TTL ، وعادة ما يكون معدل الاحتمال الحالي في وضع الاستعداد منخفض الطاقة 80μA.
كفاءة:كفاءة عالية ، مع وجود إصدارات مختلفة لها كفاءة مختلفة في ظل ظروف محددة. على سبيل المثال ، يتمتع إصدار 12V بكفاءة نموذجية تبلغ 90 ٪ عندما يكون جهد الإدخال 25 فولت وتيار التحميل هو 3A.
ميزات الحماية:مزود بإغلاق حراري ووظائف الحماية الحالية لضمان سلامة الجهاز في ظل ظروف الصدع.

LM2596 تطبيقات منظم الجهد

LM2596 ، كمنظم تبديل عالي الأداء، يستخدم على نطاق واسع في مختلف الأنظمة الإلكترونية بسبب مزاياه مثل الكفاءة العالية ، وسعة الحمل القوية ، وخيارات جهد الخرج المرنة. تشمل تطبيقاتها النموذجية:

أنظمة الرقابة الصناعية: يوفر إمدادات طاقة مستقرة للمستشعرات والمشغلات ودوائر التحكم في البيئات الصناعية. مع الحد الأقصى لجهد المدخلات البالغ 40 فولت ، يمكن أن يتكيف مع شبكات الطاقة الصناعية غير المستقرة ، مما يضمن تشغيل المعدات الموثوقة.

إلكترونيات السيارات: مناسبة للأجهزة داخل السيارة مثل صوت السيارات وأنظمة الملاحة والشحن على متن الطائرة. تلبي قدرتها على التحميل 3A متطلبات الطاقة لمعظم المكونات الإلكترونية للسيارات ، وتؤدي وظائف الحماية الحرارية والحماية الحالية إلى تعزيز السلامة أثناء تشغيل السيارة.

معدات الاتصالات السلكية واللاسلكية: المستخدمة في أجهزة التوجيه ، المودم ، ووحدات الاتصال لتحويل مدخلات الجهد العالي (مثل 12V أو 24V) إلى الجهد المنخفض (3.3V ، 5V ، وما إلى ذلك) المطلوبة بواسطة رقائق أساسية ، مما يضمن نقل الإشارة المستقرة.

الأجهزة التي تعمل بالبطارية: يعد إصدار الإخراج القابل للتعديل (من 1.2 فولت إلى 37 فولت) مثاليًا للأجهزة التي تعمل بالبطاريات (مثل بطاريات حمض الرصاص أو بطاريات ليثيوم أيون) ، مما يتيح تنظيم الجهد المرن لتمديد عمر البطارية.

إمدادات الطاقة للأنظمة المدمجة: يوفر طاقة مستقرة للموكرين (على سبيل المثال ، STM32 Series) ، FPGAs ، وغيرها من المكونات المضمنة. يساعد تياره في وضع الاستعداد المنخفض (80μA النموذجي) على تقليل استهلاك الطاقة في أوضاع الطاقة المنخفضة.

أنظمة إضاءة LED: يمكن أن يدفع صفائف LED عالية الطاقة عن طريق ضبط جهد الخرج لتتناسب مع الجهد العاملة للمصابيح LED ، مع زيادة الكفاءة في توليد الحرارة وتحسين استقرار النظام.

LM2596منظم الجهد الثابت

إصدارات منظم الجهد الثابت. الرجوع إلى الدائرة أعلاه. يمكننا تعيين جهد الإخراج عن طريق تغيير IC:

• LM2596-3.3 لإخراج 3.3V.
• LM2596-5.0 لإخراج 5 فولت.
• LM2596-12 لإخراج 12V.

يجب أن يكون لدينا أيضًا مكونات أخرى مناسبة:

• يجب أن يكون C1 330uc (عند استخدام LM2596-3.3 ، LM2596-5.0) أو 180 فولت (ل LM2596-12).
• L1 = حث الملف ، بقيمة 33UH (لـ LM2596-3.3 ، LM2596-5.0) أو 68UH (لـ LM2596-12).

LM2596 منظم جهد الإخراج القابل للتعديل

الآن نرى أن معظم الأشخاص يستخدمون LM2596 كمنظم جهد إخراج قابل للتعديل.

يستخدم منظم جهد الإخراج القابل للتعديل LM2596 ، كما هو موضح ، IC1 (LM2596) ، مع إدخال تصفية C1. L1 ، D1 ، R1 ، R2 ، C2 ، C3 تشكل الدائرة. يستغرق إدخال DC غير المنظم ، ويتعديل عبر التغذية المرتدة (R1/R2) ، ويخرج الجهد الخاضع للتنظيم لأحمال 3A ، مما يتيح تنظيم الجهد المرن.

بدائل منظم الجهد LM2596

LM2596 هو منظم التبديل الشهير، ولكن هناك العديد من البدائل المتاحة التي توفر أداء مماثل أو معزز للتطبيقات المختلفة. فيما يلي بعض البدائل الشائعة:
1.LM2576

سلف إلى LM2596 ، يقدم وظائف مماثلة مع الحد الأقصى لتيار الناتج 3A.

يعمل بتردد التبديل السفلي (52 كيلو هرتز) مقارنة بـ LM2596 (150 كيلو هرتز) ، مما قد يتطلب مكونات خارجية أكبر.

متوفر في إصدارات الجهد الثابت (3.3V ، 5V ، 12V) والإصدارات القابلة للتعديل.

2. MP2307

محول مضغوط وعالي الكفاءة مع الحد الأقصى لتيار الناتج 3 أ.

يتميز بتردد تبديل أعلى (يصل إلى 1.2 ميجا هرتز) ، مما يسمح بمحاثات ومكثفات أصغر.

يوفر كفاءة أفضل من LM2596 في العديد من ظروف التشغيل ، مما يجعلها مناسبة للأجهزة التي تعمل بالبطاريات.

3. XL4015

منظم للأباع ذي العمل العالي قادر على توصيل ما يصل إلى 5 أ من تيار الإخراج ، مما يجعله مثاليًا لتطبيقات الطاقة العليا.

يحتوي على نطاق جهد إخراج قابل للتعديل من 1.25 فولت إلى 36 فولت.

يتضمن ميزات الحماية الزائدة ودرجة الحرارة.

4. LM1117

منظم خطي ، على عكس منظمات التبديل المذكورة أعلاه ، مما يجعلها أكثر بساطة ولكنها أقل كفاءة بالنسبة لقطرات الجهد الكبيرة.

متوفر في الجهد الثابت (1.8 فولت ، 2.5 فولت ، 3.3 فولت ، 5 فولت) والإصدارات القابلة للتعديل مع الحد الأقصى لتيار الناتج 800ma.

ينتج ضوضاء أقل من تبديل المنظمين ، مما يجعلها مناسبة للدوائر التناظرية الحساسة.

5.TPS5430

محول خطوة 3A مع نطاق جهد إدخال واسع (5 فولت إلى 36 فولت) وجهد الإخراج القابل للتعديل (1.22V إلى 28 فولت).

يتميز بكفاءة عالية (تصل إلى 95 ٪) وتردد تبديل قدره 500 كيلو هرتز.

يتضمن وظائف الحماية المدمجة مثل التيار الزائد والإفراط في الجهد والإغلاق الحراري.

وظائف LM2596

تحويل الجهد: يمكنه تحويل جهد إدخال DC أعلى غير منظم إلى جهد إخراج DC أقل مستقرًا. يوفر كلا من إصدارات جهد الإخراج الثابتة (مثل 3.3V ، 5V ، 12V) وإصدار قابل للتعديل يمكن تعيين جهد الإخراج في حدود 1.2 فولت إلى 37 فولت.

القدرة على القيادة: إنه قادر على قيادة حمولة الحد الأقصى لتيار 3A ، مما يجعله مناسبًا لتشغيل الأجهزة الإلكترونية المختلفة ذات المتطلبات الحالية المعتدلة.

تحسين الكفاءة: التشغيل بتردد تبديل ثابت قدره 150 كيلو هرتز ، فإنه يسمح باستخدام مكونات الترشيح الأصغر حجمًا مقارنةً بالمنظمات ذات التردد المنخفض ، مع تحقيق كفاءة جيدة في تحويل الجهد.

ميزات الحماية: يشتمل على وظائف الحماية الحرارية والحماية الحالية. يحمي الإغلاق الحراري الجهاز من الضرر بسبب درجة الحرارة المفرطة ، ويمنع الحد الحالي من التيار المفرط من التدفق عبر المنظم ، وحماية كل من المنظم نفسه والحمل المتصل.

التحكم في الإغلاق الخارجي: لديها وظيفة إيقاف خارجية (تشغيل/إيقاف). عندما يتم تنشيط هذه الوظيفة ، يدخل المنظم في وضع الاستعداد منخفضة التواصل ، مما يقلل من استهلاك الطاقة.

إخراج مستقر: يوفر تنظيم خط والحمل ممتاز ، مما يضمن أن جهد الخرج يظل مستقرًا حتى عندما تكون هناك تغييرات في جهد الإدخال أو الحمل.

دليل تخطيط PCB LM2596

تخطيط المكون:

مكثف الإدخال:ضعه بالقرب من دبوس إدخال LM2596. غالبًا ما يتم استخدام مكثف كهربائي 470μF لتقليل تقلبات جهد المدخلات.

دبوس الإخراج:يخرج هذا الدبوس موجة PWM تبلغ حوالي 150 كيلو هرتز أثناء التشغيل العادي ، والمكونات الطرفية الرئيسية متصلة هنا. عند وضعه ، من الضروري النظر في راحة الاتصال بالمكونات ذات الصلة وسلامة الإشارة.

دبوس الأرض:يجب أن يكون الدبوس الأرضي قصيرًا وسميكًا لضمان تأريض جيد ، ويمكن توصيله بالطبقة الأرضية من خلال VIAs متعددة.

دبوس التعليقات:يتم توصيل دبوس التغذية المرتدة بمقاوم التغذية المرتدة ، ويجب أن يكون أقرب إلى الشريحة قدر الإمكان مع آثار قصيرة لتقليل التداخل وضمان دقة جهد الخرج.

دبوس التحكم:يرتكز دبوس التحكم أو متصل بمستوى عالٍ وفقًا لوضع العمل. أثناء التصميم ، ينبغي النظر في راحة الاتصال بمصدر إشارة التحكم.

التصميم العام:رتب الأجهزة عالية السرعة (مثل LM2596 نفسها) بالقرب من بعضها البعض لتقصير طول خطوط الإشارة عالية السرعة. في الوقت نفسه ، فصل الإشارات التناظرية والرقمية وعالية السرعة إلى مناطق مختلفة لتجنب التداخل المتبادل. يجب توزيع أجهزة الطاقة بالتساوي ، ويجب حجز مساحة تبديد الحرارة لتسهيل تدفق الهواء لتبديد الحرارة.

تصميم تتبع:

حاول تجنب آثار متوازية لمسافات طويلة ، خاصة بالنسبة لخطوط الطاقة وخطوط الإشارة ، لمنع الحديث المتبادل.

يجب أن تكون خطوط الطاقة والإخراج سميكة بدرجة كافية لتلبية متطلبات الإرسال الحالي ، وتقليل مقاومة الخط وانخفاض الجهد ، ويمكن استخدام سكب النحاس إذا لزم الأمر.

علاج التأريض:

قم بتصميم الأرض التناظرية المنفصلة والأرض الرقمية ، وأخيراً قم بتوصيلها بنقطة واحدة لتجنب تدخل حلقة الأرض.

يمكن استخدام مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور متعددة الطبقات ، مع الطبقة الوسطى كطبقة أرضية لتعزيز تأثير التأريض وتقليل التداخل الكهرومغناطيسي.

جوانب أخرى:

إذا سمحت الظروف ، فاستخدم مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور متعددة الطبقات ، مع الطبقة الوسطى كطبقة أرضية أو طبقة طاقة لحماية وتقليل الحديث المتبادل.

استخدم مكتبات الحزم ثلاثية الأبعاد لتصور المكونات أثناء مرحلة التصميم ، وضمان تخطيط معقول ، وتجنب مشاكل التثبيت ، وتحقيق تصميم مضغوط يلبي المتطلبات الكهربائية والميكانيكية.

طرز سلسلة LM2596

حزمة LM2596

لتلخيص،منظم الجهد LM2596تحتل موقعًا مهمًا في مجال الإلكترونيات نظرًا لأدائه الممتاز ، وتشغيله البسيط ، ومجموعة واسعة من التطبيقات. وفي الوقت نفسه ، توفر منتجاتها البديلة أيضًا المزيد من الخيارات للتصميمات بمتطلبات مختلفة.