A Tecnologia Central do Regulador de Tensão de Comutação LM2596 Explicada em Detalhe

No campo dos ICs de gestão de energia, o LM2596, como um regulador de comutação de longo prazo,continua a ser uma das soluções preferidas para conversão DC-DC de média potência até hojeEste artigo irá aprofundar os seus princípios técnicos, técnicas de concepção e métodos típicos de resolução de problemas.

I. Análise das tecnologias de chips de base

O LM2596 adota uma arquitetura avançada de controle PWM em modo de corrente.um circuito de limite de corrente de pico (valor típico 3.5A), e um circuito de protecção contra sobre-temperatura (limite de desligamento 150°C) internamente.

Em um teste típico de cenário de aplicação de 12V a 5V/3A, este chip demonstrou uma eficiência de conversão de 88% (a uma corrente de carga de 3A), uma corrente de espera de apenas 5mA (no estado ativado),uma precisão de tensão de saída de ± 3% (em toda a gama de temperaturas), e um tempo de arranque de menos de 1 ms (com a função de arranque suave habilitada).

II. Plano de conceção de circuitos melhorados

O projeto de circuito otimizado inclui os seguintes componentes-chave: condensador de entrada C1 (condensador eletrolítico de 100 μF em paralelo com condensador cerâmico de 0,1 μF),Diodo de rotação livre D1 (diodo SS34 Schottky), o inductor de armazenamento de energia L1 (47μH/5A), o capacitor de saída C2 (220μF capacitor eletrolítico ESR baixo) e as resistências de divisor de tensão de retorno R1/R2.A tensão de saída pode ser definida com precisão pela fórmula Vout = 1.23V × (1 + R2/R1).

Deve ser prestada especial atenção à disposição do PCB: a área do circuito de alimentação deve ser inferior a 2 cm2, o traço de retroalimentação deve estar a pelo menos 5 mm de distância do nó do interruptor,O plano de terra deve adotar ligação estelar, e a parte inferior do chip deve ser totalmente revestida de cobre (para a embalagem TO-263, recomenda- se utilizar 2 oz de folha de cobre + dissipação de calor via).Estas medidas podem melhorar significativamente a estabilidade do sistema.

III. Sistemas típicos de diagnóstico de falhas

Quando a tensão de saída é anormalmente alta, the resistance accuracy of the FB pin (it is recommended to use a 1% accuracy resistor) should be checked first and the impedance of the FB pin to ground should be measured (the normal value should be greater than 100kΩ)Se o chip aquecer anormalmente, é necessário confirmar a corrente de saturação do indutor (deve ser ≥ 4,5 A) e o tempo de recuperação inversa do diodo (deve ser inferior a 50 ns).

Para resolver o problema EMI, recomenda-se adicionar um filtro de tipo π de entrada (10μH + 0,1μF combinação), configurar um circuito tampão RC (100Ω + 100pF) no nó do switch e selecionar indutores blindados.Estas soluções podem passar no teste de perturbação radiada IEC61000-4-3.

IV. Casos de aplicação inovadores selecionados
No campo da casa inteligente, a versão LM2596-ADJ foi aplicada com sucesso à gestão dinâmica de energia de gateways Zigbee,Obtenção de um desempenho excepcional com um consumo de energia em estado de espera inferior a 10 mWNa Internet industrial das Coisas, a sua característica de entrada de largura 12-36V satisfaz perfeitamente as exigências de alimentação de transmissores de 4-20mA e, em combinação com diodos TVS, permite a utilização de um sistema de transmissão de energia de alta frequência.Pode cumprir a norma de protecção contra sobretensões IEC61000-4-5.

O esquema de entrada fotovoltaica de 18 V para saída de 12 V/2 A, combinado com o algoritmo MPPT, permite a utilização de um sistema de transmissão fotovoltaica que permite a transmissão de energia solar a partir de fontes de energia renovável.pode atingir uma eficiência de conversão de energia superior a 92%A adição do circuito de protecção de ligação inversa aumenta ainda mais a fiabilidade do sistema.

V. Análise da competitividade do mercado
Em comparação com os concorrentes do mesmo nível, o LM2596 apresenta vantagens significativas no controlo dos custos (30% inferiores ao MP2307), desempenho numa ampla gama de temperaturas (operação estável entre -40°C e 85°C),e maturidade da cadeia de abastecimentoEmbora a sua eficiência seja ligeiramente inferior à dos chips da última geração, a sua fiabilidade verificada ao longo de 15 anos no mercado continua a ser insubstituível.

Sugestão de solução de atualização: Para aplicações de alta frequência, o TPS54360 (2,5 MHz) pode ser selecionado.LTC7150S (com interface PMBus) é a escolha ideal.

VI. Comparação de soluções alternativas

Com a sua comprovada fiabilidade ao longo de um período de mercado de 15 anos, o LM2596 continua a ser de valor único na era da Indústria 4.0 e da IoT.Através dos métodos de projeto aprimorados e análise da árvore de falhas fornecidos neste artigo, os engenheiros podem implementar rapidamente a solução de alimentação óptima.

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