基于LM2596的輸出無(wú)級(jí)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄭琪　劉琳　尚冬梅

摘要：作為本科教育的素質(zhì)教育中重要一環(huán)-實(shí)踐環(huán)節(jié)，我校電工電子設(shè)計(jì)是理工科必修的實(shí)訓(xùn)課程，在這門課中，無(wú)一例外的要使用可調(diào)穩(wěn)壓電源。為了滿足我校電工電子實(shí)訓(xùn)課程的迫切需要，研制了基于開(kāi)關(guān)電源芯片LM2596的無(wú)級(jí)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。本文主要介紹基于開(kāi)關(guān)電源芯片LM2596的無(wú)級(jí)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的主要組成部分、工作原理及設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源芯片LM2596；無(wú)級(jí)；可調(diào)直流電壓源；

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）27-0258-03

The Design and Implementation of Output Stepless Dc Stabilized Voltage Supply Based on LM2596

ZHENG Qi，LIU Lin，CHEN Mu，SHANG Dong-Mei

（Xian University of Science and Technology，Engineering Training Center，Xian 710000，China）

Abstract：As an important part in quality-oriented education of undergraduate education practice， in our school the training course in science and engineering is compulsory ， electrical and electronic design in this course， with no exception of adjustable regulated power supply is used. In order to meet the urgent needs of the electrical and electronic training courses in our school， has been developed stepless adjustable dc regulated power supply，which is Based on LM2596. This paper mainly introduces the main part of stepless adjustable dc regulated power supply， working principle and application.

Key words：LM2596；stepless. Adjustable dc voltage source

作為理工科類大學(xué)生鍛煉動(dòng)手能力的最基礎(chǔ)的電工電子實(shí)訓(xùn)課程-電工電子設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)課程是我校面向理工類本科生的必選基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)課程，覆蓋面大、學(xué)生多、工作量大。提供給學(xué)生選擇及要求學(xué)生選做的多個(gè)實(shí)訓(xùn)套件需要的電源電壓不同。為了能夠提供實(shí)訓(xùn)中不同套件所要求的電源電壓，需要具有可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。本文所述電源為基于開(kāi)關(guān)電源芯片LM2596的無(wú)級(jí)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源?；谠搶?shí)訓(xùn)課程需要的所購(gòu)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源成本較高，數(shù)量有限，故研制該儀器以解決現(xiàn)存問(wèn)題。該基于開(kāi)關(guān)電源芯片LM2596的無(wú)級(jí)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源比專門的儀器相比，體積小巧，價(jià)格低廉、功耗低、效率高、使用方便。

1 基于開(kāi)關(guān)電源芯片LM2596的無(wú)級(jí)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的主要性能

可調(diào)直流穩(wěn)壓電源能夠任意輸出1.3-37V±4%以內(nèi)的直流電壓。

2 電原理圖、方案及設(shè)計(jì)

2.1 無(wú)級(jí)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源

本電源電路主要應(yīng)用了LM2596-ADJ。LM2596-ADJ是降壓型開(kāi)關(guān)電源芯片。其輸出電壓范圍是1.2V-37V，最大負(fù)載電流為3A。線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性優(yōu)秀。主要電路中只需外接4個(gè)元器件便可調(diào)節(jié)輸出電壓。芯片內(nèi)部集成頻率補(bǔ)償和固定頻率發(fā)生器，開(kāi)關(guān)頻率為150KHz，方便使用較小規(guī)格的濾波元件，進(jìn)而降低了體積、重量、損耗和成本。在一定的輸入電壓和輸出負(fù)載情況下，輸出電壓誤差在4%的范圍內(nèi)，振蕩頻率誤差范圍為15%內(nèi)，待機(jī)電流可僅為80uA，實(shí)現(xiàn)外部斷電，具有自我保護(hù)電路（一個(gè)兩級(jí)降頻限流保護(hù)和一個(gè)在異常情況下斷電的過(guò)溫完全保護(hù)電路）。本文中LM2596-ADJ封裝形式為TO-220（T），需要外加散熱片。

VOUT=1.23V*（1+R2/R1）

在PCB板設(shè)計(jì)時(shí)，外接元器件盡量靠近LM2596-ADJ，用地線屏蔽或單點(diǎn)接地，使用磁屏蔽電感器。若使用的電感磁芯開(kāi)放，且電感通量與敏感的反饋線交叉，則集成芯片的地線及輸出電容COUT的連線可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。反饋電阻要靠近IC，相關(guān)的連線要遠(yuǎn)離電感。

2.2 可調(diào)直流電壓源電原理圖

如圖1所示。

用公式中的E*T值，從圖2的縱坐標(biāo)中找到相匹配的電感序號(hào)，橫坐標(biāo)上選擇電路最大的負(fù)載電流；由E*T值和最大負(fù)載電流的交叉點(diǎn)確定一個(gè)電感區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都由一個(gè)電感值和一個(gè)電感序號(hào)（LXX）對(duì)應(yīng)。從圖3所列廠家的元件號(hào)選擇適當(dāng)?shù)碾姼?，最好為磁屏蔽電感。本文選用68uH的電感。

3） 輸出電容COUT 的確定：

輸出電容對(duì)輸出濾波及提高環(huán)路的穩(wěn)定性。大多數(shù)情況下使用82uF～820uF之間的低等效電阻電解電容或固態(tài)鉭電容，電容靠近IC，管腳和連接銅線盡量短。為了簡(jiǎn)化電容選擇，參閱表1，該表包含了最好的設(shè)計(jì)方案所需的不同輸出電壓和輸出電容。電容的耐壓至少是輸出電壓的5倍。有時(shí)，為得到較低紋波的輸出電壓，需要更高的電容耐壓值。本文選用220uF/50V的電解電容。

4） 前饋電容CFF：

輸出電壓較大時(shí)，需要一個(gè)典型值在100pF～33nF之間的補(bǔ)償電容，與輸出電壓調(diào)節(jié)電阻R2并聯(lián)，其作用是對(duì)反饋回路進(jìn)行補(bǔ)償和增加相位裕量以提高環(huán)路的穩(wěn)定度。對(duì)于高輸出電壓、低輸入-輸出電壓時(shí)和/或低等效電阻的輸出電容時(shí)，這個(gè)電容使電路更加穩(wěn)定，如固態(tài)鉭電容。選擇仍然參考表1中的相應(yīng)前饋電容值。本文選用33nF的瓷片電容。

CFF=1/（31*1000*R2）

這個(gè)電容可以是瓷片電容、塑膠或云母電容。

5） 吸納二極管（D1）的選?。?/p>

吸納二極管最大承受電流能力最少為最大負(fù)載電流的1.3倍，若設(shè)計(jì)的電源要承受連續(xù)地短路輸出，則吸納二極管最大承受電流等于LM2596的極限輸出電流。其功能是當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)為電感電流提供通路。

吸納二極管的反向電壓至少為最大輸出電壓的1.25倍；吸納二極管必須是快恢復(fù)二極管，必須靠近IC、管腳和連接的銅線要短，首選肖特基二極管，此處選用1N5825肖特基二極管。

6） 輸入電容CIN ：

輸入電容為低等效電阻的電解電容或鉭電容，同樣要靠近IC，直流負(fù)載電流要超過(guò)輸入電容電流的均方根的一倍。對(duì)于鋁電解電容，最大輸入電壓為其耐壓值的2/3；對(duì)于鉭電容，選擇生產(chǎn)廠家測(cè)試過(guò)浪涌電流的電容。按照?qǐng)D4所示的曲線圖選擇合適的輸入電容。該電容是防止輸入端出現(xiàn)過(guò)大的瞬態(tài)電壓，同時(shí)為L(zhǎng)M2596-ADJ在每次開(kāi)關(guān)時(shí)提供瞬態(tài)電流。本文選用680uF/50V的電解電容。

3 基于開(kāi)關(guān)電源芯片LM2596的無(wú)級(jí)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的應(yīng)用及使用

3.1 基于開(kāi)關(guān)電源芯片LM2596的無(wú)級(jí)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的應(yīng)用

該設(shè)備可作為需要直流電壓源套件的電源：收音機(jī)電源、門鈴電源、報(bào)警器電源、功放電源、51單片機(jī)電源等。

3.2 基于開(kāi)關(guān)電源芯片LM2596的無(wú)級(jí)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的使用

輸出端正極（紅鱷魚夾）接電路正極，輸出端負(fù)極（黑鱷魚夾）接電路負(fù)極。將220V的電源線插頭插在市電插座上。打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，直流電壓源指示燈（紅）亮，調(diào)節(jié)旋鈕，輸出電壓變化，其值顯示在電壓表頭上。

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