Công nghệ cốt lõi của LM2596 Switch Voltage Regulator được giải thích chi tiết đầy đủ

Trong lĩnh vực quản lý năng lượng IC, LM2596, như một điều chỉnh chuyển đổi bước xuống lâu dài,vẫn là một trong những giải pháp ưa thích cho chuyển đổi DC-DC công suất trung bình cho đến ngày nayBài viết này sẽ đi sâu vào các nguyên tắc kỹ thuật, kỹ thuật thiết kế và các phương pháp khắc phục sự cố điển hình.

I. Phân tích các công nghệ chip cốt lõi

LM2596 áp dụng kiến trúc điều khiển PWM hiện tại tiên tiến. Nó tích hợp một nguồn điện áp tham chiếu 1.23V chính xác cao (sự chính xác ± 2%), bộ dao động tần số cố định 150kHz,mạch giới hạn dòng điện đỉnh (giá trị điển hình 3.5A), và một mạch bảo vệ nhiệt độ quá cao (mức ngưỡng tắt 150 ° C) bên trong.

Trong một thử nghiệm kịch bản ứng dụng 12V đến 5V / 3A điển hình, chip này đã chứng minh hiệu quả chuyển đổi 88% (ở dòng tải 3A), dòng chờ chỉ 5mA (trong trạng thái bật),một độ chính xác điện áp đầu ra là ± 3% (trên phạm vi nhiệt độ đầy đủ), và thời gian khởi động dưới 1ms (với chức năng khởi động mềm được bật).

II. Kế hoạch thiết kế mạch nâng cao

Thiết kế mạch tối ưu bao gồm các thành phần chính sau: Năng suất đầu vào C1 (100μF Năng lượng điện phân song song với Năng lượng gốm 0,1μF),Diode tự do D1 (SS34 Schottky diode), cảm ứng lưu trữ năng lượng L1 (47μH / 5A cảm ứng công suất), điện tụ đầu ra C2 (220μF điện tụ điện phân ESR thấp) và kháng cự phân chia điện áp phản hồi R1/R2.Điện áp đầu ra có thể được thiết lập chính xác bằng công thức Vout = 1.23V × (1 + R2/R1).

Cần chú ý đặc biệt đến bố trí PCB: diện tích của vòng lặp điện nên ít hơn 2 cm2, đường phản hồi nên cách nút chuyển đổi ít nhất 5 mm,mặt bằng mặt đất nên áp dụng kết nối sao, và phần dưới của chip phải được phủ đồng hoàn toàn (đối với gói TO-263, nên sử dụng 2 oz tấm đồng + phân tán nhiệt qua).Các biện pháp này có thể cải thiện đáng kể sự ổn định của hệ thống.

III. Hệ thống chẩn đoán lỗi điển hình

Khi điện áp đầu ra cao bất thường, 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)Nếu chip nóng lên bất thường, cần xác nhận dòng bão hòa của cảm ứng (nó nên ≥ 4.5A) và thời gian phục hồi ngược của diode (nó nên dưới 50ns).

Để giải quyết vấn đề EMI, nên thêm bộ lọc kiểu π đầu vào (combination 10μH + 0,1μF), cấu hình mạch đệm RC (100Ω + 100pF) tại nút chuyển mạch và chọn các cảm ứng được bảo vệ.Các giải pháp này có thể vượt qua thử nghiệm nhiễu bức xạ IEC61000-4-3.

IV. Các trường hợp ứng dụng sáng tạo được chọn
Trong lĩnh vực nhà thông minh, phiên bản LM2596-ADJ đã được áp dụng thành công cho quản lý năng lượng động của cổng Zigbee,đạt được hiệu suất vượt trội với tiêu thụ điện trạng thái chờ dưới 10mWTrong Internet công nghiệp của các thứ, tính năng đầu vào rộng 12-36V của nó hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu nguồn cung cấp năng lượng của máy phát 4-20mA và kết hợp với TVS diode,Nó có thể đáp ứng tiêu chuẩn bảo vệ giật IEC61000-4-5.

Hiệu suất trong ứng dụng năng lượng mới đặc biệt xuất sắc.có thể đạt hiệu quả chuyển đổi năng lượng hơn 92%Việc bổ sung mạch bảo vệ kết nối ngược tăng thêm độ tin cậy của hệ thống.

V. Phân tích khả năng cạnh tranh trên thị trường
So với các đối thủ cạnh tranh ở cùng cấp độ, LM2596 có những lợi thế đáng kể trong việc kiểm soát chi phí (30% thấp hơn MP2307), hiệu suất nhiệt độ rộng (hoạt động ổn định trong phạm vi -40 °C đến 85 °C),và thời hạn của chuỗi cung ứngMặc dù hiệu suất của nó thấp hơn một chút so với các chip thế hệ mới nhất, độ tin cậy của nó được xác minh trong hơn 15 năm trên thị trường vẫn không thể thay thế.

đề xuất giải pháp nâng cấp: Đối với các ứng dụng tần số cao, TPS54360 (2,5 MHz) có thể được chọn. Đối với các yêu cầu đầu vào cực rộng, LT8640 (4V - 60V) được khuyến cáo. Khi cần điều khiển kỹ thuật số,LTC7150S (với giao diện PMBus) là sự lựa chọn lý tưởng.

VI. So sánh các giải pháp thay thế

Với độ tin cậy đã được chứng minh trong khoảng thời gian thị trường 15 năm, LM2596 vẫn có giá trị độc đáo trong kỷ nguyên Công nghiệp 4.0 và IoT.Thông qua các phương pháp thiết kế nâng cao và phân tích cây lỗi được cung cấp trong bài viết này, các kỹ sư có thể nhanh chóng thực hiện giải pháp cung cấp điện tối ưu.