LM2596 е превключващ регулируем DC регулатор на напрежение. Има висока ефективност. Той се нагрява по-малко в сравнение с модулите на линейни стабилизатори. Захранването може да се използва в широка гама от устройства. Безспорните предимства включват работа в забележим диапазон на входното напрежение. Заедно с висока ефективност, това дава добри резултати при последователно свързване на DC-DC LM2596 с химически източници на ток, слънчеви панели или вятърни генератори.
Добавяйки трансформатор, токоизправител и филтър към преобразувателя DC-DC LM2596, получаваме захранване. На входа на стабилизатора напрежението трябва да бъде поне с 1,5 V по-високо от изходното напрежение, ако консумацията на енергия от DC-DC LM2596 е повече от десет W, трябва да се използват охлаждащи средства.
Осигурени са монтажни отвори за винтове. Няма клеми, проводниците ще трябва да бъдат запоени. Под чипа има отвори с метализация за допълнително отвеждане на топлината към задната страна на платката.
Спецификации на конвертора LM2596
- Ефективност на преобразуване (COP): до 92%
- Честота на превключване: 150 kHz
- Работна температура: -40 до + 85 °C
- Ефект от промяна на входното напрежение върху изходното ниво: ±0,5%
- Поддържа зададеното напрежение с точност: ± 2,5%
- Входен волтаж: 3-40 V
- Изходно напрежение: 1,5-35V (регулируем)
- Изходен ток: номинален до 1A, от 1 до 2A отоплението се увеличава забележимо, максимум 3A (необходим е допълнителен радиатор)
- Размер: 45x20x14 mm
Принципна диаграма на преобразувателя LM2596
В някои модули защитният диод D1 е свързан обратно паралелно на входа, но в този случай не забравяйте да свържете предпазител на входа, който ще изгори, ако полярността е обърната; този диод също предпазва от пренапрежения на напрежението изхода.
Има опции с директно свързване на диод D1 (SS34, SS54) на входа, обикновено това са диоди на Шотки, които имат две положителни качества: много нисък спад на напрежението (0,2-0,4 волта) на кръстовището и много висока скорост; . 
Но евтините модули, базирани на LM2596, нямат защитен диод, от една страна, това е минус, тъй като можете случайно да убиете преобразувателя, като обърнете полярността на входа, а от друга страна, това е плюс, защото; известно напрежение ще падне върху диода и ще се нагрее при високи токове.
Преобразувателят е свързан много просто, към контактите на модула +IN, –IN (съответно плюс и минус) се подава нестабилизирано напрежение, а изходното напрежение се отстранява от контактите на платката +OUT, -OUT.
На обратната страна има стрелка, която показва в каква посока върви трансформацията. 
Фото галерия
Някой може да си помисли: Стар кон няма да развали браздите... А ние ще отговорим: но и дълбоко няма да оре.
Затова ви предлагам преглед на понижаващ преобразувател на напрежение, базиран на чипа MP1584. Продавачът позиционира готовите платки като подобрена алтернатива на конверторите LM2596. В предишния ми преглед се натъкнах на огромно несъответствие с посочените параметри. Действителните стойности не ме задоволиха и в края на прегледа споменах, че поръчах по-модерни платки за тестване.
И така, срещаме се:
Доставка и външен вид:
Като се има предвид ниската цена на поръчката, не бях изненадан да намеря пакет с бебешки бумове в пощенската си кутия. Вътре имаше 2 дъски, затворени в антистатичен плик. Което беше съвсем очаквано. По-късно се подписах с флумастер, за да не забравя посочените параметри. 
Размери на дъската 22х17мм, височина 4мм.
Подложки за запояване. Няма предвидени отвори за монтаж.
Няма следи от флюс, запояването е приемливо. Погледнах през лупа и не открих дефекти; за съжаление, аз самият не мога да запоявам така. Под микросхемата и индуктора има метализирани отвори за по-добро разсейване на топлината. 
Сравнение с LM2596:
Разликата в размера е значителна. Вярно е, че поради размера на платката, ефективността на разсейване на топлината е по-ниска, но е посочено, че ефективността е до 96% 
Документация и диаграма:
Електронна документация може да разгледате тук
Използва се почти стандартен диод на Шотки 40V, 3A, който между другото се задържа добре на тестваната платка.
Дросел с индуктивност 8,2 μH, което според таблица 3 от листа с данни показва по-добра работна ефективност на преобразувателя при изходно напрежение 3,3V и малко по-лоша при 5V. Резисторът R3 на платката е 100 kOhm, според спецификацията оптималното изходно напрежение е 1,8 V. За пореден път се убеждавам, че всички тези платки са сглобени от това, което е под ръка, което прави производството възможно най-евтино.
Типична схема на свързване:
Конкретна диаграма на платката:
Прекъсването на подстригващия резистор ще произведе на изхода максималното напрежение, на което е конфигуриран делителя R1 R2. В този случай до 20 волта. И това е лошо.
Първоначално си мислех, че закупената платка е с керамични кондензатори на входа и изхода вместо електролитни кондензатори. Но всъщност се оказа, че електролитите са 12-13 uF: 
Също така вместо резистор R1 е инсталиран подстригващ резистор за регулиране на изходното напрежение. Между другото, той е много ненадежден, трудно е да се зададе точното напрежение. При най-малкото механично натоварване напрежението може да „изплува“. Този проблем може да бъде решен по няколко начина: капка лак за нокти или емайлирана боя за фиксиране на контактните площадки на резистора на тримера 
или замяна на "тримера" с постоянен резистор.
В конкретен случай можете да направите това - настройте подстригващия резистор на желаното напрежение, разпойте го и инсталирайте еквивалентно постоянно съпротивление.
Интересен момент: чрез контролиране на входа на микросхема 2 (EN) с помощта на логическо ниво, можете да превключите микросхемата в режим на спиране и стартиране, т.е. Можете да контролирате работата на микросхемата отвън и съответно да включите или изключите товара.
Важен факт е честотата на преобразуване: Тя се задава от резистор, свързан към пин 6 на микросхемата и обикновено има съпротивление от 200 kOhm, но 100 kOhm е инсталирано на платката. Формула за настройка на честотата на преобразуване: 
Помолих на работа да проверя честотата на преобразуване - казаха около 950 KHz. Изобилие от 104 резистора, обединение, какво да правя. Честотата съответства на зададеното съпротивление.
Ефективност:
Продавачът твърди ефективност до 96% и отново е лъжа. Максималната ефективност, която може да бъде изстискана, е не повече от 88%, освен това е максимална при захранващо напрежение от около 12 волта и диапазон на натоварване от 0,5-2 ампера.
Тестове:
Като за начало измерете консумацията на ток на празен ход 0.22mA. Не е зле. 
Като товар използвах 2 резистора 3,3 и 2,2 ома. Поради силното нагряване, последните бяха поставени в съд с вода по време на тестването. 
В момента термокамерата не е налична, отдадена е под наем на друго съоръжение, така че температурата е измерена с доста популярен пирометър. 
Точност в рамките на няколко градуса.
Пробното превключване се извършва без товар, за да се зададе необходимото изходно напрежение, за да се избегне повреда на платката или товара. 
Даваме товара и го оставяме в експлоатация: 
След няколко минути аз чухработа на конвертора. Е, като го чух, радиото, свързано към същото захранване, започна да съска и се появиха смущения. Контролът на напрежението започна да показва периодични спадове на изходното напрежение с 10-15%. Термичната защита на микросхемата работи и преобразувателят периодично започва да пропуска цикли. Компютърните маниаци използват термитно дроселиране
Мислейки, че по-високото входно напрежение трябва да улесни преобразувателя да работи без прекъсване, свързах преобразувателя към 24-волтово захранване. Първото включване - щракване и дупка се появиха в микросхемата (по-късно, когато започнах да изучавам документацията, разбрах, че ефективността е спаднала малко и просто завърших микросхемата, която вече страдаше от прегряване).
Нямаше магически дим. За чест на преобразувателя нямаше напрежение на изхода.
За да не се изгори втората и последна дъска, беше решено да се използва радиатор и да се монтира с термичен уплътнител от задната страна на дъската.
Термоуплътнителят star 922 е познат на мнозина. Използвам го за ремонт на светодиоди. Разбира се, не най-доброто, но поне нещо.
Радиатор:
От обратната страна, така че радиаторът да не даде накъсо контактите на платката, заземих част с файл. За визуално възприятие го нарисувах с маркер: 
Ето как изглежда платка с радиатор (отрязана от голяма използвана в ATX захранвания) 
Температурните измервания бяха обобщени в мини таблица:
За тестване избрах най-често срещаните напрежения в цифровата логика, 5V и 3.3V. Входното напрежение от стойката, като се вземе предвид падането на проводниците, е 11,5-11,7 волта. Резисторите са нормални 5%. Закръглих тока до десети, защото се фокусирах върху температурата: t1 е максималната температура на платката от страната на частите. t2 е максималната температура на задната страна на платката.
Всеки път, когато оставях платката да работи около 10 минути, измервах температурата. Измерванията се извършват многократно по цялата повърхност на дъската на разстояние 1 см, като се взема предвид само максималната стойност. В 100% от случаите най-горещият елемент на платката беше микросхемата.
При натоварване от 2,2 ома и изходно напрежение от 5V, измерванията без радиатор не са извършени, тъй като микросхемата избухна на първото копие на преобразувателя. 
Беше забелязано, че изходното напрежение се увеличи под товар при дадени 3,3 V (без товар) до 3,45 V. Това не се наблюдава при тестване при 5V изход.
За съжаление не е наличен осцилоскоп и няма начин да се види изходният сигнал, но този недостатък ще бъде отстранен в близко бъдеще. Тъй като най-накрая убих жабата си и поръчах комплект осцилоскоп DSO062.
Препоръки за употреба:
Когато товарният ток е по-висок от 1А, препоръчително е да инсталирате малък радиатор, може би половината от това, което използвах. Достатъчно тихо. Фиксиране на резистора на тримера с лак. Когато се използва заедно с VHF приемник, използвайте допълнителни керамични кондензатори, за да филтрирате шума от захранването.
Изводи:
Професионалисти:
Компактност. Ако не го „изстискате“ до максимум от конвертора, тогава той е доста функционален. Достатъчно висока ефективност и широк диапазон на напрежение. Включването на преобразувателя може да се управлява външно (необходима е малка модификация на платката - запояване на проводника). Ако микросхемата се повреди, на изхода на преобразувателя не се открива входно напрежение (може би това е специален случай).
минуси:
Не ми хареса маркировката на захранването само на обратната страна, продавачът похвали платката, тя също не отговаря на декларираните характеристики. Необходима е малка модификация, за да работи ефективно. Освен това има смущения в VHF FM диапазона (по радиото се чува шум и свирене, особено в пределни режими на работа). Резисторът за подстригване оставя много да се желае; оптимално е да го замените с многооборотен или постоянен резистор (ако имате нужда от едно фиксирано изходно напрежение).
UPD:Ще продължа да избирам конвертори, кой препоръчвате: KIS-3R33S, XM1584, MP2307 са други опции, изискванията са 5V изход и 3A ток без съществени модификации?
Вашите коментари относно прегледа ще бъдат разгледани своевременно и ще ми помогнат в бъдеще.
LM2596 е понижаващ DC-DC преобразувател, често се произвежда под формата на готови модули, струва около $1 (потърсете LM2596S DC-DC 1.25-30 V 3A). Плащайки $1,5, можете да закупите подобен модул на Ali с LED индикация на входното и изходното напрежение, изключване на изходното напрежение и бутони за фина настройка с показване на стойности на цифрови индикатори. Съгласете се – предложението е повече от примамливо!
По-долу е дадена схематична диаграма на тази преобразувателна платка (ключовите компоненти са отбелязани на снимката в края). На входа има защита срещу обръщане на поляритета - диод D2. Това ще предотврати повреда на регулатора от неправилно свързано входно напрежение. Въпреки факта, че чипът lm2596 може да обработва входни напрежения до 45 V според листа с данни, на практика входното напрежение не трябва да надвишава 35 V за продължителна употреба.
За lm2596 изходното напрежение се определя от уравнението по-долу. С помощта на резистор R2 изходното напрежение може да се регулира от 1,23 до 25 V.
Въпреки че чипът lm2596 е проектиран за максимален ток от 3 A при непрекъсната работа, малката повърхност на масата на фолиото не е достатъчна за разсейване на генерираната топлина в целия работен диапазон на веригата. Също така имайте предвид, че ефективността на този преобразувател варира значително в зависимост от входното напрежение, изходното напрежение и тока на натоварване. Ефективността може да варира от 60% до 90% в зависимост от условията на работа. Следователно, отстраняването на топлина е задължително, ако продължителната работа се извършва при токове над 1 A.
Според листа с данни кондензаторът за предварителна връзка трябва да се монтира паралелно на резистор R2, особено когато изходното напрежение надвишава 10 V - това е необходимо, за да се осигури стабилност. Но този кондензатор често не присъства на китайските евтини инверторни платки. По време на експериментите бяха тествани няколко копия на DC преобразуватели при различни работни условия. В резултат на това стигнахме до заключението, че стабилизаторът LM2596 е много подходящ за ниски и средни захранващи токове на цифрови схеми, но за по-високи стойности на изходна мощност е необходим радиатор.
LM2596 намалява входното напрежение (до 40 V) - изходът е регулиран, токът е 3 A. Идеален за светодиоди в кола. Много евтини модули - около 40 рубли в Китай.
Texas Instruments произвежда висококачествени, надеждни, достъпни и евтини, лесни за използване DC-DC контролери LM2596. Китайските фабрики произвеждат ултра-евтини импулсни понижаващи преобразуватели въз основа на него: цената на модул за LM2596 е приблизително 35 рубли (включително доставка). Съветвам ви да закупите партида от 10 броя наведнъж - винаги ще има полза от тях, а цената ще падне до 32 рубли и по-малко от 30 рубли при поръчка на 50 броя. Прочетете повече за изчисляването на схемата на микросхемата, регулирането на тока и напрежението, нейното приложение и някои от недостатъците на преобразувателя.
Типичният метод на използване е стабилизиран източник на напрежение. Лесно е да се направи импулсно захранване на базата на този стабилизатор; аз го използвам като просто и надеждно лабораторно захранване, което може да издържи на късо съединение. Те са привлекателни поради постоянното качество (изглежда, че всички са произведени в една и съща фабрика - и е трудно да се направят грешки в пет части) и пълното съответствие с листа с данни и декларираните характеристики.
Друго приложение е стабилизатор на импулсен ток за захранване за мощни светодиоди. Модулът на този чип ще ви позволи да свържете 10-ватова автомобилна LED матрица, като допълнително осигурява защита от късо съединение.
Силно препоръчвам да закупите дузина от тях - определено ще ви бъдат полезни. Те са уникални по свой собствен начин - входното напрежение е до 40 волта и са необходими само 5 външни компонента. Това е удобно - можете да увеличите напрежението на интелигентната домашна захранваща шина до 36 волта, като намалите напречното сечение на кабелите. Инсталираме такъв модул в точките на потребление и го конфигурираме на необходимите 12, 9, 5 волта или според нуждите.
Нека ги разгледаме по-отблизо.
Характеристики на чипа:
- Входно напрежение - от 2,4 до 40 волта (до 60 волта във версия HV)
- Изходно напрежение - фиксирано или регулируемо (от 1,2 до 37 волта)
- Изходен ток - до 3 ампера (при добро охлаждане - до 4.5A)
- Честота на преобразуване - 150 kHz
- Корпус - TO220-5 (монтаж през отвор) или D2PAK-5 (повърхностен монтаж)
- Ефективност - 70-75% при ниско напрежение, до 95% при високо напрежение
- Стабилизиран източник на напрежение
- Конверторна схема
- Лист с данни
- USB зарядно базирано на LM2596
- Стабилизатор на ток
- Използвайте в домашни устройства
- Регулиране на изходния ток и напрежение
- Подобрени аналози на LM2596
История - линейни стабилизатори
Като начало ще обясня защо стандартните линейни преобразуватели на напрежение като LM78XX (например 7805) или LM317 са лоши. Ето неговата опростена диаграма.
Основният елемент на такъв преобразувател е мощен биполярен транзистор, включен в „оригиналния“ си смисъл - като контролиран резистор. Този транзистор е част от двойка Дарлингтън (за увеличаване на коефициента на пренос на ток и намаляване на мощността, необходима за работа на веригата). Базовият ток се задава от операционния усилвател, който усилва разликата между изходното напрежение и зададеното от ION (източник на референтно напрежение), т.е. той е свързан според класическата схема на усилвател на грешки.
По този начин преобразувателят просто включва резистора последователно с товара и контролира съпротивлението му, така че, например, точно 5 волта да бъдат изгасени през товара. Лесно е да се изчисли, че когато напрежението намалее от 12 волта на 5 (много често срещан случай на използване на чипа 7805), входните 12 волта се разпределят между стабилизатора и товара в съотношение „7 волта на стабилизатора + 5 волта на товара." При ток от половин ампер при натоварване се отделят 2,5 вата, а при 7805 - цели 3,5 вата.
Оказва се, че „допълнителните“ 7 волта просто се гасят на стабилизатора, превръщайки се в топлина. Първо, това създава проблеми с охлаждането и второ, отнема много енергия от източника на енергия. Когато се захранва от контакт, това не е много страшно (въпреки че все още причинява вреда на околната среда), но когато се захранва от батерия или акумулаторна батерия, това не може да бъде пренебрегнато.
Друг проблем е, че по принцип е невъзможно да се направи усилващ преобразувател с този метод. Често възниква такава необходимост и опитите за решаване на този проблем преди двадесет или тридесет години са невероятни - колко сложен беше синтезът и изчисляването на такива схеми. Една от най-простите вериги от този вид е двутактен преобразувател 5V->15V.
Трябва да се признае, че той осигурява галванична изолация, но не използва ефективно трансформатора - във всеки момент се използва само половината от първичната намотка.
Нека забравим това като лош сън и да преминем към модерните схеми.
Източник на напрежение
Схема
Микросхемата е удобна за използване като понижаващ преобразувател: вътре е разположен мощен биполярен ключ, остава само да добавите останалите компоненти на регулатора - бърз диод, индуктивност и изходен кондензатор, също е възможно да инсталирайте входен кондензатор - само 5 части.
Версията LM2596ADJ също ще изисква схема за настройка на изходното напрежение, това са два резистора или един променлив резистор.
Схема на понижаващ преобразувател на напрежение, базирана на LM2596:
Цялата схема заедно:
Тук можете изтеглете листа с данни за LM2596.
Принцип на работа: мощен превключвател вътре в устройството, управляван от PWM сигнал, изпраща импулси на напрежение към индуктивността. В точка A, x% от времето има пълно напрежение и (1-x)% от времето напрежението е нула. LC филтърът изглажда тези колебания, като подчертава постоянен компонент, равен на x * захранващото напрежение. Диодът завършва веригата, когато транзисторът е изключен.
Подробна длъжностна характеристика
Индуктивността се противопоставя на промяната в тока през нея. Когато се появи напрежение в точка А, индукторът създава голямо отрицателно напрежение на самоиндукция и напрежението върху товара става равно на разликата между захранващото напрежение и напрежението на самоиндукция. Токът на индуктивност и напрежението на товара постепенно се увеличават.
След като напрежението изчезне в точка А, индукторът се стреми да поддържа предишния ток, протичащ от товара и кондензатора, и го късо през диода към маса - постепенно пада. По този начин напрежението на товара винаги е по-малко от входното напрежение и зависи от работния цикъл на импулсите.
Изходно напрежение
Модулът се предлага в четири версии: с напрежение 3.3V (индекс –3.3), 5V (индекс –5.0), 12V (индекс –12) и регулируема версия LM2596ADJ. Има смисъл да използвате персонализираната версия навсякъде, тъй като тя е налична в големи количества в складовете на електронните компании и едва ли ще срещнете недостиг от нея - и изисква само допълнителни две стотинки резистора. И разбира се, версията с 5 волта също е популярна.
Количеството на склад е в последната колона.
Можете да зададете изходното напрежение под формата на DIP превключвател, добър пример за това е даден тук, или под формата на въртящ се превключвател. И в двата случая ще ви трябва батерия от прецизни резистори - но можете да регулирате напрежението без волтметър.
Кадър
Има два варианта на корпуса: корпус за планарно монтиране TO-263 (модел LM2596S) и корпус за проходен отвор TO-220 (модел LM2596T). Предпочитам да използвам планарната версия на LM2596S, тъй като в този случай радиаторът е самата платка и няма нужда да купувате допълнителен външен радиатор. Освен това механичната му устойчивост е много по-висока, за разлика от TO-220, която трябва да се завинти към нещо, дори към дъска - но тогава е по-лесно да се монтира планарната версия. Препоръчвам да използвате чипа LM2596T-ADJ в захранванията, тъй като е по-лесно да премахнете голямо количество топлина от корпуса му.
Изглаждане на пулсациите на входното напрежение
Може да се използва като ефективен "интелигентен" стабилизатор след коригиране на тока. Тъй като микросхемата директно следи изходното напрежение, колебанията във входното напрежение ще доведат до обратно пропорционална промяна в коефициента на преобразуване на микросхемата и изходното напрежение ще остане нормално.
От това следва, че когато се използва LM2596 като понижаващ преобразувател след трансформатор и токоизправител, входният кондензатор (т.е. този, който се намира непосредствено след диодния мост) може да има малък капацитет (около 50-100 μF).
Изходен кондензатор
Поради високата честота на преобразуване, изходният кондензатор също не трябва да има голям капацитет. Дори мощен потребител няма да има време да намали значително този кондензатор в един цикъл. Нека направим изчислението: вземете кондензатор от 100 µF, изходно напрежение 5 V и товар, консумиращ 3 ампера. Пълен заряд на кондензатора q = C*U = 100e-6 µF * 5 V = 500e-6 µC.
В един цикъл на преобразуване товарът ще отнеме dq = I*t = 3 A * 6,7 μs = 20 μC от кондензатора (това е само 4% от общия заряд на кондензатора) и веднага ще започне нов цикъл и преобразувателят ще постави нова порция енергия в кондензатора.
Най-важното е да не използвате танталови кондензатори като входни и изходни кондензатори. Те пишат точно в листовете с данни - „не използвайте в силови вериги“, защото те много лошо понасят дори краткотрайни пренапрежения и не харесват високи импулсни токове. Използвайте обикновени алуминиеви електролитни кондензатори.
Ефективност, ефективност и топлинни загуби
Ефективността не е толкова висока, тъй като биполярен транзистор се използва като мощен превключвател - и има ненулев спад на напрежението, около 1,2 V. Оттук и спадът на ефективността при ниски напрежения.
Както можете да видите, максимална ефективност се постига, когато разликата между входното и изходното напрежение е около 12 волта. Тоест, ако трябва да намалите напрежението с 12 волта, минимално количество енергия ще премине в топлина.
Какво е ефективност на конвертора? Това е стойност, която характеризира текущите загуби - поради генериране на топлина при напълно отворен мощен ключ съгласно закона на Джаул-Ленц и на подобни загуби по време на преходни процеси - когато ключът е, да речем, само наполовина отворен. Ефектите и на двата механизма могат да бъдат сравними по големина, така че не трябва да забравяме и двата пътя на загуба. Малко количество енергия се използва и за захранване на „мозъците“ на самия преобразувател.
В идеалния случай при преобразуване на напрежение от U1 в U2 и изходен ток I2, изходната мощност е равна на P2 = U2*I2, входната мощност е равна на него (идеален случай). Това означава, че входният ток ще бъде I1 = U2/U1*I2.
В нашия случай преобразуването има ефективност под единица, така че част от енергията ще остане вътре в устройството. Например, с ефективност η, изходната мощност ще бъде P_out = η*P_in, а загубите P_loss = P_in-P_out = P_in*(1-η) = P_out*(1-η)/η. Разбира се, преобразувателят ще трябва да увеличи входния ток, за да поддържа зададения изходен ток и напрежение.
Можем да приемем, че при преобразуване на 12V -> 5V и изходен ток от 1A, загубите в микросхемата ще бъдат 1,3 вата, а входният ток ще бъде 0,52A. Във всеки случай това е по-добре от всеки линеен преобразувател, който ще даде поне 7 вата загуби и ще консумира 1 ампер от входната мрежа (включително за тази безполезна задача) - два пъти повече.
Между другото, микросхемата LM2577 има три пъти по-ниска работна честота и нейната ефективност е малко по-висока, тъй като има по-малко загуби при преходни процеси. Въпреки това, той се нуждае от три пъти по-високи рейтинги на индуктора и изходния кондензатор, което означава допълнителни пари и размер на платката.
Увеличаване на изходния ток
Въпреки вече доста големия изходен ток на микросхемата, понякога е необходим още по-голям ток. Как да излезем от тази ситуация?
- Няколко конвертора могат да бъдат паралелизирани. Разбира се, те трябва да бъдат настроени на абсолютно същото изходно напрежение. В този случай не можете да използвате обикновени SMD резистори във веригата за настройка на напрежението за обратна връзка, трябва да използвате или резистори с точност от 1%, или ръчно да зададете напрежението с променлив резистор.
USB зарядно за LM2596
Можете да направите много удобно USB зарядно за пътуване. За да направите това, трябва да настроите регулатора на напрежение от 5V, да му осигурите USB порт и да осигурите захранване на зарядното устройство. Използвам радиомодел литиево-полимерна батерия, закупена в Китай, която осигурява 5 ампер часа при 11,1 волта. Това е много - достатъчно за 8 пътизареждайте обикновен смартфон (без да се взема предвид ефективността). Като се вземе предвид ефективността, тя ще бъде поне 6 пъти.
Не забравяйте да свържете накъсо D+ и D- щифтовете на USB гнездото, за да кажете на телефона, че е свързан към зарядното устройство и прехвърленият ток е неограничен. Без това събитие телефонът ще мисли, че е свързан с компютъра и ще се зарежда с ток от 500 mA - много дълго време. Освен това такъв ток може дори да не компенсира текущото потребление на телефона и батерията изобщо няма да се зареди.
Можете също така да осигурите отделен 12V вход от автомобилен акумулатор с конектор за запалка - и да превключвате източниците с някакъв ключ. Съветвам ви да инсталирате светодиод, който ще сигнализира, че устройството е включено, за да не забравите да изключите батерията след пълно зареждане - в противен случай загубите в преобразувателя ще изтощят напълно резервната батерия след няколко дни.
Този тип батерия не е много подходяща, защото е предназначена за големи токове - можете да опитате да намерите батерия с по-нисък ток и тя ще бъде по-малка и по-лека.
Стабилизатор на ток
Регулиране на изходния ток
Предлага се само с версия с регулируемо изходно напрежение (LM2596ADJ). Между другото, китайците също правят тази версия на платката, с регулиране на напрежение, ток и всякакви индикации - готов модул за стабилизатор на ток на LM2596 със защита от късо съединение може да се купи под името xw026fr4.
Ако не искате да използвате готов модул и искате сами да направите тази схема, няма нищо сложно, с едно изключение: микросхемата няма възможност да контролира тока, но можете да я добавите. Ще обясня как се прави това и ще изясня трудните точки по пътя.
Приложение
Стабилизатор на ток е нещо, необходимо за захранване на мощни светодиоди (между другото - моят проект за микроконтролер високомощни LED драйвери), лазерни диоди, галванопластика, зареждане на батерии. Както при стабилизаторите на напрежението, има два вида такива устройства - линейни и импулсни.
Класическият линеен токов стабилизатор е LM317 и е доста добър в своя клас - но максималният му ток е 1.5A, което не е достатъчно за много мощни светодиоди. Дори ако захранвате този стабилизатор с външен транзистор, загубите върху него са просто неприемливи. Целият свят вдига шум за консумацията на енергия на стендбай крушките, но тук LM317 работи с ефективност от 30% Това не е нашият метод.
Но нашата микросхема е удобен драйвер за преобразувател на импулсно напрежение, който има много режими на работа. Загубите са минимални, тъй като не се използват линейни режими на работа на транзисторите, а само ключови.
Първоначално е предназначен за вериги за стабилизиране на напрежението, но няколко елемента го превръщат в стабилизатор на ток. Факт е, че микросхемата разчита изцяло на сигнала „Обратна връзка“ като обратна връзка, но какво да я захранваме зависи от нас.
В стандартната превключваща верига напрежението се подава към този крак от резистивен делител на изходното напрежение. 1.2V е баланс; ако обратната връзка е по-малко, драйверът увеличава работния цикъл на импулсите; ако е повече, той го намалява. Но можете да подадете напрежение към този вход от токов шунт!
Шунт
Например, при ток от 3А трябва да вземете шунт с номинална стойност не повече от 0,1 Ohm. При такова съпротивление този ток ще освободи около 1 W, така че това е много. По-добре е да свържете три такива шунтове паралелно, като получите съпротивление от 0,033 Ohm, спад на напрежението от 0,1 V и отделяне на топлина от 0,3 W.
Входът за обратна връзка обаче изисква напрежение от 1,2 V - а ние имаме само 0,1 V. Неразумно е да се инсталира по-високо съпротивление (топлината ще се отдели 150 пъти повече), така че остава само да се увеличи по някакъв начин това напрежение. Това става с помощта на операционен усилвател.
Неинвертиращ операционен усилвател
Класическа схема, какво може да бъде по-просто?
Ние се обединяваме
Сега комбинираме конвенционална схема на преобразувател на напрежение и усилвател, използвайки операционен усилвател LM358, към входа на който свързваме токов шунт.
Мощен резистор от 0,033 ома е шунт. Може да се направи от три резистора 0,1 Ohm, свързани паралелно, и за да увеличите допустимото разсейване на мощността, използвайте SMD резистори в пакет 1206, поставете ги на малка междина (не близо един до друг) и се опитайте да оставите колкото се може повече меден слой около резистори и по възможност под тях. Малък кондензатор е свързан към изхода за обратна връзка, за да се елиминира евентуален преход към режим на осцилатор.
Регулираме както ток, така и напрежение
Нека свържем двата сигнала към входа за обратна връзка - и ток, и напрежение. За да комбинираме тези сигнали, ще използваме обичайната електрическа схема "И" на диоди. Ако токовият сигнал е по-висок от сигнала за напрежение, той ще доминира и обратно.
Няколко думи за приложимостта на схемата
Не можете да регулирате изходното напрежение. Въпреки че е невъзможно да се регулират едновременно изходният ток и напрежението - те са пропорционални един на друг, с коефициент на "съпротивление на натоварване". И ако захранването изпълнява сценарий като „постоянно изходно напрежение, но когато токът надвиши, започваме да намаляваме напрежението“, т.е. CC/CV вече е зарядно устройство.
Максималното захранващо напрежение за веригата е 30V, тъй като това е ограничението за LM358. Можете да разширите това ограничение до 40 V (или 60 V с версията LM2596-HV), ако захранвате операционния усилвател от ценеров диод.
В последния вариант е необходимо да се използва диоден възел като сумиращи диоди, тъй като и двата диода в него са направени в рамките на един и същ технологичен процес и върху една и съща силиконова пластина. Разпространението на техните параметри ще бъде много по-малко от разпръскването на параметрите на отделните дискретни диоди - благодарение на това ще получим висока точност на проследяване на стойностите.
Също така трябва внимателно да се уверите, че веригата на операционния усилвател няма да се възбуди и да премине в лазерен режим. За да направите това, опитайте се да намалите дължината на всички проводници и особено на пистата, свързана към щифт 2 на LM2596. Не поставяйте операционния усилвател близо до тази писта, но поставете диода SS36 и филтърния кондензатор по-близо до тялото на LM2596 и осигурете минимална площ на заземяващия контур, свързан към тези елементи - необходимо е да осигурите минимална дължина на връщане на текущия път “LM2596 -> VD/C -> LM2596”.
Приложение на LM2596 в устройства и независимо оформление на платката
Говорих подробно за използването на микросхеми в моите устройства не под формата на завършен модул в друга статия, който обхваща: избора на диод, кондензатори, параметри на индуктора, а също така говори за правилното окабеляване и няколко допълнителни трика.
Възможности за по-нататъшно развитие
Подобрени аналози на LM2596
Най-лесният начин след този чип е да преминете към LM2678. По същество това е същият понижаващ преобразувател, само с полеви транзистор, благодарение на който ефективността се повишава до 92%. Вярно е, че има 7 крака вместо 5 и не е съвместим от щифт до щифт. Този чип обаче е много подобен и ще бъде проста и удобна опция с подобрена ефективност.
L5973D– доста стар чип, осигуряващ до 2.5A и малко по-висока ефективност. Освен това има почти два пъти по-висока честота на преобразуване (250 kHz) - следователно са необходими по-ниски номинални стойности на индуктора и кондензатора. Видях обаче какво става с него, ако го пуснеш директно в мрежата на колата - доста често избива смущения.
ST1S10- високоефективен (90% ефективност) DC–DC понижаващ преобразувател.
- Изисква 5–6 външни компонента;
ST1S14- контролер за високо напрежение (до 48 волта). Висока работна честота (850 kHz), изходен ток до 4A, мощност Добър изход, висока ефективност (не по-лоша от 85%) и защитна верига срещу прекомерен ток на натоварване го правят вероятно най-добрият преобразувател за захранване на сървър от 36-волтова източник.
Ако се изисква максимална ефективност, ще трябва да се обърнете към неинтегрирани понижаващи DC–DC контролери. Проблемът с интегрираните контролери е, че те никога нямат готини мощни транзистори - типичното съпротивление на канала не е по-високо от 200 mOhm. Ако обаче вземете контролер без вграден транзистор, можете да изберете всеки транзистор, дори AUIRFS8409–7P със съпротивление на канала половин милиом
DC-DC преобразуватели с външен транзистор
Следваща част
Понижаващите DC-DC преобразуватели все повече намират своето приложение в ежедневието, домакинствата, автомобилните приложения, а също и като регулирани захранвания в домашна лаборатория.
Например, на тежкотоварно превозно средство, напрежението на бордовата кабелна мрежа може да бъде +24V, но трябва да свържете автомобилно радио или друго устройство с входно напрежение +12V, след това такъв понижаващ преобразувател ще ви бъде много полезно.
Много хора поръчват понижаващи DC-DC преобразуватели от различни китайски сайтове, но тяхната мощност е доста ограничена, поради икономиите на китайците от напречното сечение на намотаващия проводник, полупроводниковите устройства и индукторните ядра, защото колкото по-мощен е преобразувателят, толкова по-скъпо е. Затова ви предлагам сами да сглобите понижаващ DC-DC, който ще надмине китайските аналози по мощност и ще бъде по-икономичен. Според моя фоторепортаж и представената диаграма е ясно, че сглобяването няма да отнеме много време.
Чипът LM2596 не е нищо повече от превключващ понижаващ регулатор на напрежението. Предлага се както с фиксирано напрежение (3,3 V, 5 V, 12 V), така и с регулируемо напрежение (ADJ). Нашият понижаващ DC-DC преобразувател ще бъде изграден на базата на регулируема микросхема.
Конверторна схема
Основни параметри на регулатора LM2596
Входен волтаж………. до +40V
Максимално входно напрежение………. +45V
Изходно напрежение………. от 1.23V до 37V ±4%
Честота на генератора………. 150kHz
Изходен ток………. до 3А
Текуща консумация в режим на готовност………. 80uA
Работна температура от -45°С до +150°С
Тип корпус TO-220 (5 пина) или TO-263 (5 пина)
Ефективност (при Vin= 12V, Vout= 3V Iout= 3A).......... 73%
Въпреки че ефективността може да достигне 94%, тя зависи от входното и изходното напрежение, както и от качеството на намотката и правилния избор на индуктивност на индуктора.
Според графиката, взета от, с входно напрежение +30V, изходно напрежение +20V и ток на натоварване 3A, ефективността трябва да бъде 94%.
Също така, чипът LM2596 има защита от ток и прегряване. Отбелязвам, че при неоригинални микросхеми тези функции може да не работят правилно или да липсват напълно. Късо съединение на изхода на преобразувателя води до повреда на микросхемата (тествано на два LM), въпреки че тук няма нищо изненадващо; производителят не пише в листа с данни за наличието на защита от късо съединение.
Схематични елементи
Всички номинални стойности на елементите са посочени на електрическата схема. Напрежението на кондензаторите C1 и C2 се избира в зависимост от входното и изходното напрежение (входно (изходно) напрежение + марж от 25%), инсталирах кондензаторите с марж от 50V.
Кондензатор C3 е керамичен. Номиналът му се избира според таблицата от листа с данни. Според тази таблица капацитетът C3 се избира за всяко отделно изходно напрежение, но тъй като преобразувателят в моя случай е регулируем, използвах кондензатор със среден капацитет 1nF.
Диодът VD1 трябва да бъде диод на Шотки или друг ултра-бърз диод (FR, UF, SF и т.н.). Той трябва да бъде проектиран за ток от 5A и напрежение най-малко 40V. Инсталирах импулсен диод FR601 (6A 50V).
Дроселът L1 трябва да бъде проектиран за ток от 5A и да има индуктивност от 68 μH. За да направите това, вземете сърцевина от прахообразно желязо (жълто-бяло), външен диаметър 27 мм, вътрешен 14 мм, ширина 11 мм, вашите размери може да варират, но колкото по-големи са, толкова по-добре. След това навиваме два проводника (диаметърът на всеки проводник е 1 мм) на 28 оборота. Навих една жила с диаметър 1,4 мм, но с висока изходна мощност (40W), индукторът се нагряваше много, също поради недостатъчното напречно сечение на сърцевината. Ако навиете два проводника, тогава няма да можете да поставите намотката в един слой, така че трябва да го навиете на два слоя, без изолация между слоевете (ако емайлът на жицата не е повреден).
Малък ток протича през резистор R1, така че неговата мощност е 0,25 W.
Резисторът R2 се настройва, но може да бъде заменен с постоянен за това, неговото съпротивление се изчислява за всяко изходно напрежение по формулата:
Където R1 = 1kOhm (според листа с данни), Vref = 1,23V. След това, нека изчислим съпротивлението на резистора R2 за изходното напрежение Vout = 30V.
R2 = 1 kOhm * (30V/1,23V - 1) = 23,39 kOhm (намаляване до стандартната стойност, получаваме съпротивление R2 = 22 kOhm).
Освен това, знаейки съпротивлението на резистора R2, можете да изчислите изходното напрежение.
Тестване на понижаващ DC-DC преобразувател на LM2596
По време на тестването на чипа беше монтиран радиатор с площ ≈ 90 cm².
Проведох тестове на товар със съпротивление от 6,8 ома (постоянен резистор, спуснат във вода). Първоначално подадох напрежение от +27V към входа на преобразувателя, входният ток беше 1,85A (входяща мощност 49,95W). Зададох изходното напрежение на 15,5 V, токът на натоварване беше 2,5 A (изходна мощност 38,75 W). Ефективността беше 78%, което е много добро.
След 20 мин. По време на работа на понижаващия преобразувател диодът VD1 се нагрява до температура от 50 ° C, индукторът L1 се нагрява до температура от 70 ° C, а самата микросхема се нагрява до 80 ° C. Тоест всички елементи имат температурен резерв, с изключение на дросела, 70 градуса са много за него.
Следователно, за да работи този преобразувател с изходна мощност от 30-40W или повече, е необходимо да навиете индуктора с два (три) проводника и да изберете по-голямо ядро. Диодът и микросхемата могат да поддържат температура от 100-120 ° C за дълго време без никакви страхове (с изключение на нагряването на всичко наблизо, включително корпуса). Ако желаете, можете да инсталирате по-голям радиатор на микросхемата и можете да оставите дълги проводници на диода VD1, тогава топлината ще се разсейва по-добре или можете да прикрепите (запоете към един от проводниците) малка плоча (радиатор). Също така трябва да калайдисате пистите на печатната платка възможно най-добре или да запоите медна сърцевина по тях, това ще осигури по-малко нагряване на пистите по време на продължителна работа при висока изходна мощност.