از تئوری گرفته تا تمرین: اجرای تنظیم کننده ولتاژ LM2596 در پروژه های خود

تنظیم کننده ولتاژ یک مدار منبع تغذیه یا تجهیزات است که می تواند به طور خودکار ولتاژ خروجی را تنظیم کند.این می تواند ولتاژ منبع تغذیه را که نوسان زیادی دارد تثبیت کند یا نیازهای تجهیزات الکتریکی را در محدوده مقدار تعیین شده برآورده نکند ، و مدارهای مختلف یا تجهیزات الکتریکی را قادر می سازد تا به طور عادی در ولتاژ کار رتبه بندی کار کنند.در زیر ، ما به ویژگی ها ، پیکربندی پین ، ساختار ، اصل طرح PCB و برنامه های کاربردی خواهیم پرداخت LM2596 تنظیم کننده ولتاژ.

تثبیت کننده ولتاژ وسیله ای است که ولتاژ خروجی را پایدار نگه می دارد و از یک مدار کنترل ، یک مدار تنظیم کننده ولتاژ ، یک موتور سرو و غیره تشکیل می شود. هنگامی که ولتاژ یا بار ورودی تغییر می کند ، مدار کنترل نسبت به نمونه گیری ، مقایسه و واکنش نشان می دهد.نتایج تقویت شده ، و سپس موتور سروو را رانندگی کنید.این فرایند باعث می شود موقعیت برس کربن تنظیم کننده ولتاژ تغییر کند ، به طور خودکار نسبت سیم پیچ را تنظیم می کند تا پایداری ولتاژ خروجی را حفظ کند.

تنظیم کننده های ولتاژ عمدتاً به تنظیم کننده های خطی و تنظیم کننده های تعویض تقسیم می شوند.هر دو ولتاژ سیستم را تنظیم می کنند ، اما تنظیم کننده های خطی کارآمدتر هستند ، در حالی که تنظیم کننده های تعویض کارآمدتر هستند.تنظیم کننده های سوئیچینگ با راندمان بالا می توانند بیشترین توان ورودی را بدون از دست دادن به خروجی منتقل کنند.

LM2596 یک تراشه تنظیم کننده ولتاژ یکپارچه یکپارچه سوئیچ یکپارچه خروجی 3A است که توسط Texas Instruments ساخته شده است.این مجهز به یک نوسان ساز فرکانس ثابت (150kHz) و یک تنظیم کننده ولتاژ مرجع (1.23 ولت) است و دارای مدارهای محافظت کامل از جمله محدودیت فعلی و مدارهای خاموش حرارتی است.استفاده از این تراشه می تواند تقاضا برای دستگاه های محیطی را تا حد زیادی کاهش دهد و از این طریق مدارهای تثبیت کننده ولتاژ کارآمد را ایجاد کند.

تراشه جبران فرکانس و ژنراتور فرکانس ثابت داخلی را با فرکانس تعویض 150kHz ادغام می کند.در مقایسه با تنظیم کننده های سوئیچ با فرکانس پایین ، می تواند از مشخصات کوچکتر اجزای فیلتر استفاده کند.با توجه به این واقعیت که دستگاه فقط به حداقل 4 مؤلفه خارجی نیاز دارد و می تواند از سلف های استاندارد جهانی استفاده کند ، استفاده از LM2596 بهینه شده است ، و به طور قابل توجهی طراحی مدار منبع تغذیه سوئیچینگ را ساده می کند.

• ACT4523

• BD9876

• LM2576

• حالت آماده به کار کم قدرت ، مقدار ضریب هوشی معمولی 80UA است

• مدار محیطی آن ساده است و فقط به حداقل 4 مؤلفه خارجی نیاز دارد.

• از فرکانس نوسان داخلی 150kHz استفاده می کند و یک تنظیم کننده ولتاژ سوئیچینگ نسل دوم با مصرف انرژی کم و راندمان بالا است.

• تنها با جریان آماده به کار 80UA می تواند به قدرت خارجی برسد.

• دارای مدارهای محافظت از خود است (یک حفاظت از محدود کننده جریان فرکانس دو مرحله ای و یک مدار محافظت کامل در دمای بیش از حد که قدرت را در شرایط غیر طبیعی کاهش می دهد).

• تحت شرایط ولتاژ ورودی خاص و بار خروجی ، خطای ولتاژ خروجی می تواند در محدوده 4 ± باشد و خطای فرکانس نوسان را می توان تضمین کرد که در محدوده 15 ± باشد.

LM2596 در مجموع پنج پین دارد.نام ها و توابع پین آن به شرح زیر است.

پین 1 (VIN): این منبع تغذیه مثبت ورودی تنظیم کننده سوئیچینگ IC است.یک خازن بای پس از ورودی مناسب باید روی پین موجود باشد تا به حداقل رساندن ولتاژ ولتاژ باشد و جریان سوئیچینگ مورد نیاز را به تنظیم کننده ارائه دهد.

پین 2 (خارج): سوئیچ داخلی.ولتاژ این پین بین تقریباً (+VIN -VSAT) و تقریباً -0.5 ولت با چرخه وظیفه Voutvin تغییر می کند.برای به حداقل رساندن اتصال به مدار حساس ، باید ناحیه مس PCB را به این پین متصل نگه داریم.

پین 3 (GND): زمین مدار

پین 4 (FB): سنجش ولتاژ خروجی تنظیم شده برای تکمیل حلقه بازخورد.

پین 5 (ON/OFF): این اجازه می دهد تا از یک سیگنال منطق برای خاموش کردن مدار تنظیم کننده سوئیچینگ استفاده شود ، در نتیجه جریان ورودی ورودی کل را به تقریباً 8oua کاهش می دهد.کشیدن این پین زیر ولتاژ آستانه تقریبا 1.3 ولت تنظیم کننده را روشن می کند ، در حالی که این پین را از 1.3 ولت (تا 25 ولت) می کشد تنظیم کننده را خاموش می کند.اگر این ویژگی خاموشی لازم نباشد ، می توان پین روشن/خاموش را به پین ​​زمین وصل کرد یا از آن باقی مانده است.در هر صورت ، تنظیم کننده در حالت روشن قرار خواهد گرفت.

LM2596 معمولاً شامل قسمتهای زیر است.

در داخل LM2596 ، به طور معمول در 1.23 ولت ، یک منبع ولتاژ مرجع پیدا خواهیم کرد.این ولتاژ مرجع به عنوان پایه ای برای مقایسه ولتاژ ورودی و ولتاژ خروجی و اطمینان از پایداری ولتاژ خروجی عمل می کند.

این شامل یک حلقه بازخورد است که ولتاژ خروجی (VOUT) را اندازه گیری می کند و آن را با ولتاژ مرجع مقایسه می کند.به این ترتیب ، هرگونه انحراف در ولتاژ خروجی سیگنال خطا ایجاد می کند که تقویت شده و برای تنظیم چرخه وظیفه FET سوئیچینگ برای حفظ ثبات استفاده می شود.

این شامل ویژگی های داخلی خاموش شدن حرارتی و محدود کننده جریان برای محافظت از IC و اجزای متصل در برابر آسیب است.

منطق کنترل داخلی عملیات زمان بندی و تعویض را مدیریت می کند.معمولاً با فرکانس ثابت اجرا می شود و وظیفه روشن و خاموش کردن FET های داخلی را بر عهده دارد.

این ماده معمولاً حاوی یک ترانزیستور اثر میدان N- کانال N- کانال (FET) است که به عنوان عنصر سوئیچینگ استفاده می شود.این FET به LM2596 اجازه می دهد تا مسیرهای فعلی را تغییر دهد و از این طریق ولتاژ را کاهش دهد.

مانند هر تنظیم کننده سوئیچینگ ، چیدمان برد مدار چاپی بسیار مهم است.به سرعت تعویض جریان با القاء سیم کشی ، خازن ولگرد و القاء انگلی از آثار برد مدار چاپی می تواند گذرا ولتاژ ایجاد کند که می تواند تداخل الکترومغناطیسی (EMI) ایجاد کند و بر عملکرد مورد نظر تأثیر بگذارد.همانطور که در تصویر نشان داده شده است ، برای به حداقل رساندن القاء و حلقه های زمینی ، طول سربهای نشان داده شده توسط خطوط سنگین باید تا حد امکان کوتاه نگه داشته شود.برای بهترین نتیجه ، باید از ساخت و سازهای یک نقطه ای یا هواپیمای زمینی استفاده شود.

از طرف دیگر ، ناحیه PCB متصل به پین ​​2 (انتشار دهنده سوئیچ داخلی) LM2596 باید به حداقل برسد تا اتصال به مدار حساس به حداقل برسد.

بخش حساس دیگر مدار بازخورد است.کوتاه نگه داشتن سیم کشی بازخورد حساس مهم است.برای اطمینان از این ، هنگام استفاده از نسخه قابل تنظیم تنظیم کننده LM2596 ، مقاومت های برنامه نویسی را در نزدیکی تنظیم کننده پیدا کنید.

LM2596 با تعدیل دوره های روشن و خاموش لوله سوئیچینگ ، از کنترل PWM برای حفظ ولتاژ خروجی مداوم استفاده می کند.هنگامی که ولتاژ ورودی از ولتاژ خروجی فراتر رود ، لوله سوئیچ فعال می شود و باعث می شود سلف انرژی ذخیره کند ، خازن تخلیه شود و ولتاژ خروجی پایدار بماند.برعکس ، هنگامی که ولتاژ ورودی زیر ولتاژ خروجی قرار می گیرد ، سوئیچ غیرفعال می شود و منجر به انتشار انرژی از سلف ، شارژ خازن و ولتاژ خروجی پایدار می شود.این مکانیسم کنترل PWM تنظیم دقیق ولتاژ خروجی را امکان پذیر می کند.

• ارتباطات بی سیم: می توان از آن در دستگاه های مختلف ارتباطی بی سیم استفاده کرد که نیاز به تأمین انرژی پایدار از جمله ماژول های بلوتوث ، روترهای WiFi و دستگاه های ارتباطی موبایل دارند.این امر می تواند به طور موثری ولتاژ منبع تغذیه ناپایدار را به ولتاژ خروجی پایدار تبدیل کند ، بنابراین از عملکرد عادی تجهیزات ارتباطی بی سیم اطمینان حاصل می کند.

• روشنایی LED: LM2596 می تواند برای کاهش و کنترل سیستم های روشنایی LED برای اطمینان از روشنایی مداوم و منبع تغذیه پایدار استفاده شود.

• نمونه سازی الکترونیکی: معمولاً در نمونه سازی الکترونیکی نیز استفاده می شود زیرا استفاده از آن آسان و ارزان تر است و می تواند قدرت لازم را تأمین کند.

• منبع تغذیه: LM2596 می تواند برای طراحی انواع مختلف منبع تغذیه از جمله منبع تغذیه سوئیچینگ و منبع تغذیه خطی استفاده شود.این می تواند ورودی ولتاژ بالا (مانند 12 ولت یا 24 ولت) را به خروجی ولتاژ کم (مانند 5 ولت یا 3.3 ولت) مورد نیاز خود تبدیل کند ، و قدرت پایدار و قابل اعتماد را برای سنسورها ، روشنایی LED ، میکروکنترلرها ، دستگاه های الکترونیکی و غیره فراهم می کند.

ولتاژ ورودی تخته می تواند بین 4 ولت و 35 ولت باشد.ولتاژ خروجی می تواند بین 1.25 ولت و 25 ولت تنظیم شود.یکی از تنظیم کننده های موجود در صفحه ، مبدل پله ای به پایین و دیگری مبدل گام به گام است.

سری تنظیم کننده های LM2596 مدارهای یکپارچه یکپارچه هستند که تمام عملکردهای فعال را برای تنظیم کننده سوئیچینگ پله به پایین (BUCK) فراهم می کنند ، قادر به رانندگی بار 3-A با تنظیم خط عالی و تنظیم بار هستند.

LM2596 در اصل یک تنظیم کننده ولتاژ است که به عنوان مبدل باک طراحی شده است.این ولتاژهای ورودی تا 40 ولت را کنترل می کند ، و آنها را به طور موثری پایین می آورد تا یک ولتاژ خروجی پایدار و پایدار (VOUT) تولید کند که می تواند به اندازه 3 ولت یا به اندازه 35 ولت باشد.

LM2596 یک تنظیم کننده سوئیچینگ گام به گام رایج است که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد.نسخه قابل تنظیم می تواند ولتاژ ورودی را از 4.5 ولت به 40 ولت برساند و آن را به منابع ولتاژ متغیر تا 3A از جریان ادامه دهد.

مبدل LM2596 DC-DC Buck یک ابزار همه کاره و مفید برای تبدیل ولتاژ ورودی بالاتر به ولتاژ خروجی پایین تر است.از این دستگاه می توان برای برقراری چندین دستگاه با نیازهای مختلف ولتاژ از یک منبع واحد استفاده کرد و برای ایمنی اضافی از حفاظت بیش از حد داخلی ساخته شده است.