Regulador de voltaje LM2596: reemplazos, rasgos de rendimiento, arquitectura interna y usos prácticos

El LM2596, un regulador de voltaje de conmutación ampliamente utilizado introducido por Texas Instruments, se desempeña de manera prominente en el campo de la administración de energía. Este artículo explorará sus características centrales, principios de trabajo y aplicaciones prácticas.

Regulador de voltaje LM2596+Nacido

Descripción general del regulador de voltaje LM2596

Los reguladores de voltaje de la serie LM2596son circuitos integrados monolíticos que proporcionan todas las funciones activas para los reguladores de conmutación de bajadas (Buck). Pueden conducir cargas 3A con excelentes capacidades de regulación de línea y carga. Esta serie de dispositivos incluye versiones con voltajes de salida fijos de 3.3V, 5V y 12V, así como una versión de salida ajustable para cumplir con diferentes requisitos de aplicación.
Funciona a una frecuencia de conmutación de 150 kHz, lo que permite el uso de componentes de filtrado de menor tamaño en comparación con los reguladores de conmutación de menor frecuencia. Adopta el paquete estándar de 5 pines a 220 (con varias opciones de flexión de plomo) y el paquete de montaje de superficie de 5 pines a 263, lo que facilita el uso. Solo se requieren unos pocos componentes externos para el funcionamiento, y contiene una compensación de frecuencia interna y un oscilador de frecuencia fija.

LM2596 Pinots de regulador de voltaje

Especificaciones del regulador de voltaje LM2596

¿Cuál es el principio de control PWM del regulador de voltaje LM2596?

El LM2596Utiliza la modulación de ancho de pulso (PWM) para regular el voltaje de salida. Su oscilador interno genera un reloj de frecuencia fija de 150 kHz. El amplificador de error compara el voltaje de retroalimentación (desde la salida a través de divisores de voltaje) con un voltaje de referencia, produciendo una señal de error. Esta señal controla el comparador PWM, que ajusta el ciclo de trabajo del interruptor de alimentación interno (MOSFET/BJT).

Cuando el interruptor está encendido, el voltaje de entrada suministra energía al inductor y la carga; Cuando está fuera, el inductor se descarga a través del diodo de rueda libre, manteniendo la corriente. Al variar la proporción de tiempo (ciclo de trabajo), el voltaje de salida promedio está regulado. Los ciclos de servicio más altos aumentan el voltaje de salida, mientras que los más bajos lo disminuyen, asegurando la salida estable a pesar de los cambios de entrada o carga.

Características del regulador de voltaje LM2596

Opciones de voltaje de salida:Versiones de voltaje de salida fija que proporcionan 3.3V, 5V y 12V, así como una versión ajustable con un rango de voltaje de salida de 1.2V a 37V.
Exactitud:El error máximo es ± 4% en toda la línea y condiciones de carga.
Capacidad de carga:Puede proporcionar una corriente de carga de salida de 3a.
Rango de voltaje de entrada:Hasta 40V.
Requisitos de componentes externos:Solo se necesitan cuatro componentes externos, lo que facilita el uso.
Frecuencia de conmutación:El oscilador interno tiene una frecuencia fija de 150 kHz.
Función de cierre:Tiene capacidad de apagado TTL, y el IQ de corriente inactiva en modo de espera de baja potencia es típicamente 80 μA.
Eficiencia:Alta eficiencia, con diferentes versiones que tienen diferentes eficiencias en condiciones específicas. Por ejemplo, la versión de 12V tiene una eficiencia típica del 90% cuando el voltaje de entrada es de 25V y la corriente de carga es 3A.
Características de protección:Equipado con apagado térmico y funciones de protección limitantes de corriente para garantizar la seguridad del dispositivo en condiciones de falla.

Aplicaciones reguladoras de voltaje LM2596

El LM2596, como un regulador de conmutación de alto rendimiento, se usa ampliamente en varios sistemas electrónicos debido a sus ventajas, tales como alta eficiencia, capacidad de carga fuerte y opciones de voltaje de salida flexible. Sus aplicaciones típicas incluyen:

Sistemas de control industrial: Proporciona suministro de energía estable para sensores, actuadores y circuitos de control en entornos industriales. Con un voltaje de entrada máximo de 40V, puede adaptarse a las redes de energía industrial inestables, lo que garantiza una operación confiable de equipos.

Electrónica automotriz: Adecuado para dispositivos en el vehículo como audio de automóviles, sistemas de navegación y cargadores a bordo. Su capacidad de carga 3A cumple con los requisitos de energía de la mayoría de los componentes electrónicos automotrices, y las funciones de apagado térmico y protección límite actual mejoran la seguridad durante la operación del vehículo.

Equipo de telecomunicaciones: Se usa en enrutadores, módems y módulos de comunicación para convertir las entradas de alto voltaje (como 12V o 24 V) a la baja voltaje (3.3V, 5V, etc.) requerida por chips centrales, asegurando la transmisión de señal estable.

Dispositivos con batería: La versión de salida ajustable (1.2V a 37V) es ideal para dispositivos alimentados por baterías (como baterías de plomo-ácido o baterías de iones de litio), lo que permite una regulación de voltaje flexible para extender la vida útil de la batería.

Suministros para sistemas integrados: Proporciona potencia estable para microcontroladores (por ejemplo, serie STM32), FPGA y otros componentes incrustados. Su baja corriente de espera (típica 80μA) ayuda a reducir el consumo de energía en los modos de baja potencia.

Sistemas de iluminación LED: Puede conducir matrices de LED de alta potencia ajustando el voltaje de salida para que coincida con el voltaje de trabajo de los LED, con una alta eficiencia que reduce la generación de calor y mejorando la estabilidad del sistema.

LM2596Regulador de voltaje fijo

Versiones de regulador de voltaje fijo. Consulte el circuito anterior. Podemos establecer el voltaje de salida cambiando el IC:

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

También debemos tener otros componentes apropiados:

• C1 debe ser 330UF (cuando se usa LM2596-3.3, LM2596-5.0) o 180UF (para LM2596-12).
• L1 = inductancia de la bobina, con un valor de 33UH (para LM2596-3.3, LM2596-5.0) o 68UH (para LM2596-12).

LM2596 Regulador de voltaje de salida ajustable

Ahora vemos que la mayoría de las personas usan el LM2596 como un regulador de voltaje de salida ajustable.

El regulador de voltaje de salida ajustable LM2596, como se muestra, utiliza IC1 (LM2596), con entrada de filtrado C1. L1, D1, R1, R2, C2, C3 forman el circuito. Se requiere entrada de CC no regulada, se ajusta mediante retroalimentación (R1/R2), emite voltaje regulado para cargas 3A, lo que permite la regulación de voltaje flexible.

Alternativas de regulador de voltaje LM2596

LM2596 es un regulador de conmutación de baja baja, pero hay varias alternativas disponibles que ofrecen un rendimiento similar o mejorado para diferentes aplicaciones. Aquí hay algunas alternativas comunes:
1.LM2576

Un predecesor del LM2596, que ofrece una funcionalidad similar con una corriente de salida máxima de 3a.

Funciona a una frecuencia de conmutación más baja (52 kHz) en comparación con LM2596 (150kHz), que puede requerir componentes externos más grandes.

Disponible en versiones de voltaje fijo (3.3V, 5V, 12V) y versiones ajustables.

2. MP2307

Un convertidor de bajada de alta eficiencia compacto con una corriente de salida máxima de 3a.

Cuenta con una mayor frecuencia de conmutación (hasta 1.2MHz), lo que permite inductores y condensadores más pequeños.

Ofrece una mejor eficiencia que LM2596 en muchas condiciones de funcionamiento, lo que lo hace adecuado para dispositivos con batería.

3. XL4015

Un regulador reductor de alta corriente capaz de entregar hasta 5A de corriente de salida, por lo que es ideal para aplicaciones de mayor potencia.

Tiene un rango de voltaje de salida ajustable de 1.25V a 36V.

Incluye características de protección de sobrecorriente y sobre temperatura.

4. LM1117

Un regulador lineal, a diferencia de los reguladores de conmutación mencionados anteriormente, lo que lo hace más simple pero menos eficiente para gotas de voltaje grandes.

Disponible en voltaje fijo (1.8V, 2.5V, 3.3V, 5V) y versiones ajustables con una corriente de salida máxima de 800 mA.

Produce menos ruido que los reguladores de conmutación, lo que lo hace adecuado para circuitos analógicos sensibles.

5.TPS5430

Un convertidor de paso hacia abajo 3A con un amplio rango de voltaje de entrada (5V a 36V) y voltaje de salida ajustable (1.22V a 28V).

Cuenta con alta eficiencia (hasta 95%) y una frecuencia de conmutación de 500 kHz.

Incluye funciones de protección incorporadas como sobrecorriente, sobrevoltaje excesivo y apagado térmico.

Funciones de LM2596

Conversión de voltaje: Puede convertir un voltaje de entrada de CC más alto no regulado en un voltaje de salida de CC más bajo estable. Ofrece versiones de voltaje de salida fija (como 3.3V, 5V, 12V) y una versión ajustable cuyo voltaje de salida se puede establecer dentro del rango de 1.2V a 37V.

Capacidad de conducción: Es capaz de conducir una corriente de carga máxima de 3A, lo que lo hace adecuado para alimentar varios dispositivos electrónicos con requisitos de corriente moderados.

Optimización de eficiencia: Operando a una frecuencia de conmutación fija de 150 kHz, permite el uso de componentes de filtrado de menor tamaño en comparación con los reguladores de menor frecuencia, al tiempo que logran una buena eficiencia en la conversión de voltaje.

Características de protección: Incorpora el cierre térmico y las funciones de protección limitante de corriente. El apagado térmico protege el dispositivo del daño debido a la temperatura excesiva, y la limitación de la corriente evita que la corriente excesiva fluya a través del regulador, salvaguardando tanto el regulador como la carga conectada.

Control de apagado externo: Tiene una función de apagado externo (encendido/apagado). Cuando se activa esta función, el regulador ingresa a un modo de espera de baja corriente, reduciendo el consumo de energía.

Salida estable: Proporciona una excelente regulación de línea y carga, asegurando que el voltaje de salida permanezca estable incluso cuando hay cambios en el voltaje de entrada o la carga.

Guía de diseño de PCB LM2596

Diseño del componente:

Condensador de entrada:Colóquelo cerca del pin de entrada del LM2596. Un condensador electrolítico de 470 μF a menudo se usa para reducir las fluctuaciones de voltaje de entrada.

Pin de salida:Este PIN genera una onda PWM de aproximadamente 150 kHz durante el funcionamiento normal, y los componentes periféricos principales están conectados aquí. Al establecer, es necesario considerar la conveniencia de la conexión con componentes relacionados e integridad de la señal.

Pin de tierra:El pasador de tierra debe ser corto y grueso para garantizar una buena conexión a tierra, y se puede conectar a la capa de tierra a través de múltiples vías.

Pin de retroalimentación:El pin de retroalimentación está conectado a la resistencia de retroalimentación, y debe estar lo más cerca posible del chip con trazas cortas para reducir la interferencia y garantizar la precisión del voltaje de salida.

Pin de control:El pasador de control está conectado a tierra o está conectado a un alto nivel de acuerdo con el modo de trabajo. Durante el diseño, se debe considerar la conveniencia de la conexión con la fuente de la señal de control.

Diseño general:Organice dispositivos de alta velocidad (como el LM2596 en sí) cerca uno del otro para acortar la longitud de las líneas de señal de alta velocidad. Al mismo tiempo, separan señales analógicas, digitales y de alta velocidad en diferentes áreas para evitar interferencias mutuas. Los dispositivos de energía deben distribuirse uniformemente, y el espacio de disipación de calor debe reservarse para facilitar el flujo de aire para la disipación de calor.

Diseño de rastreo:

Trate de evitar trazas paralelas de larga distancia, especialmente para líneas eléctricas y líneas de señal, para evitar la diafonía.

Las líneas eléctricas de entrada y salida deben ser lo suficientemente gruesas como para cumplir con los requisitos de la transmisión de corriente grande, reducir la resistencia de la línea y la caída de voltaje, y el vertido de cobre se puede usar si es necesario.

Tratamiento de conexión a tierra:

Diseñe el terreno analógico separado y el terreno digital, y finalmente conecte en un solo punto para evitar la interferencia de bucle de tierra.

Se pueden usar PCB de múltiples capas, con la capa media como la capa de tierra para mejorar el efecto de conexión a tierra y reducir la interferencia electromagnética.

Otros aspectos:

Si las condiciones lo permiten, use PCB de múltiples capas, con la capa media como capa de tierra o capa de potencia para proteger y reducir la diafonía.

Utilice las bibliotecas de paquetes 3D para visualizar los componentes durante la etapa de diseño, asegurando un diseño razonable, evitar problemas de instalación y lograr un diseño compacto que cumpla con los requisitos eléctricos y mecánicos.

Modelos de la serie LM2596

Paquete LM2596

Para resumir,el regulador de voltaje LM2596Ocupa una posición importante en el campo electrónica debido a su excelente rendimiento, operación simple y una amplia gama de aplicaciones. Mientras tanto, sus productos alternativos también proporcionan más opciones para diseños con diferentes requisitos.