512V直流电转33V稳压直流电的电路图及说明剖析.docx
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512V直流电转33V稳压直流电的电路图及说明剖析
概述：
LM2596系列开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。
固定输出版本有3.3V、5V、12V，还有一个输出可调版本。
添加少量的外部元件就可以使用该电压调节器。
该器件内部集成有频率补偿和固定频率发生器。
开关频率为150KHz，与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。
其封装形式包括标准的5脚TO-220封装和5脚TO-263表贴封装。
由于该器件可以使用通用的标准电感，这更优化了LM2596的使用，极大地简化了开关电源电路的设计。
该器件还有其他一些特点：
在特定的输入电压和输出负载的条件下，输出电压的误差可以保证在±4%的范围内，振荡频率误差在±15%的范围内；可以用仅80μA的待机电流，实现外部断电；具有自我保护电路（一个两级降频限流保护和一个在异常情况下断电的过温完全保护电路）。
特征：
※3.3V、5V、12V的固定电压输出和可调电压输出
※可调输出电压范围1.2V～37V，±4%
※封装形式：
TO-220（T）和TO-263（S）
※保证输出负载电流3A
※输入电压可高达40V
※仅需4个外接元件
※很好的线性和负载调节特性
※150KHz固定频率的内部振荡器
※TTL关断能力
※低功耗待机模式，IQ的典型值为80μA
※高转换效率
※使用容易购买的标准电感
※具有过热保护和限流保护功能
应用：
※简易高效率降压调节器
※在卡上的开关电压调节器
※正到负电压转换器
专利号：
5382918
典型电路（固定输出电压版本）：
封装和型号：
※弯曲交叉的引脚，通孔封装，5脚TO-220（T）
订货型号：
LM2596T-3.3,LM2596T-5.0,LM2596T-12orLM2596T-ADJ
※表面贴封装，5脚TO-263（S）
订货型号：
LM2596S-3.3,LM2596S-5.0,LM2596S-12orLM2596S-ADJ
极限条件：
最大供电电压45V
ON/OFF管脚输入电压-0.3≤V≤+25V
反馈脚电压-0.3≤V≤+25V
输出电压到地（稳态）-1V
功率消耗内部限定
储存温度-65°C到+150°C
ESD易感性（人体模式）2KV
焊接温度
T封装（锡焊,10秒）+260°C
最大结温+150°C
运行条件：
温度范围－40°C≤TJ≤+125°C
供电电压4.5V到40V
LM2596-3.3电参数
说明：
标准字体对应的项目适合于TJ=25℃时，粗体字对应的项目适合于全温度范围
符号
意义
测试条件
典型值
（注3）
极限值
（注4）
单位
（极限）
系统参数（注5）测试电路图1
VOUT
输出电压
4.75V≤VIN≤40V,
0.2A≤ILOAD≤3A
3.3
3.168/3.135
3.432/3.465
V
V（min）
V（max）
η
效率
VIN=12V,
ILOAD=3A
73
%
LM2596-5.0电参数
说明：
标准字体对应的项目适合于TJ=25℃时，粗体字对应的项目适合于全温度范围
符号
意义
测试条件
典型值
（注3）
极限值
（注4）
单位
（极限）
系统参数（注5）测试电路图1
VOUT
输出电压
7V≤VIN≤40V,
0.2A≤ILOAD≤3A
5.0
4.800/4.750
5.200/5.250
V
V（min）
V（max）
η
效率
VIN=12V,
ILOAD=3A
80
%
LM2596-12电参数
说明：
标准字体对应的项目适合于TJ=25℃时，粗体字对应的项目适合于全温度范围
符号
意义
测试条件
典型值
（注3）
极限值
（注4）
单位
（极限）
系统参数（注5）测试电路图1
VOUT
输出电压
15V≤VIN≤40V,
0.2A≤ILOAD≤3A
12.0
11.52/11.40
12.48/12.60
V
V（min）
V（max）
η
效率
VIN=25V,
ILOAD=3A
90
%
LM2596-ADJ电参数
说明：
标准字体对应的项目适合于TJ=25℃时，粗体字对应的项目适合于全温度范围
符号
意义
测试条件
典型值
（注3）
极限值
（注4）
单位
（极限）
系统参数（注5）测试电路图1
VFB
反馈电压
4.5V≤VIN≤40V,
0.2A≤ILOAD≤3A
VOUT设计为3V，电路图1
1.230
1.193/1.1801.267/1.280
V
V（min）
V（max）
η
效率
VIN=12V,VOUT=3V,ILOAD=3A
73
%
所有输出电压版本电参数
说明：
标准字体对应的项目适合于TJ=25℃时，带下划线的粗斜体字对应的项目适合于整个温度范围。
除非特别说明，VIN=12V对应于LM2596—3.3、LM2596—5.0、LM2596—ADJ，VIN=24V对应于LM2596—12。
ILOAD=500mA。
符号
意义
测试条件
典型值
（注3）
极限值
（注4）
单位
（极限）
系统参数（注5）测试电路图1
Ib
反馈偏置电流
只限可调版本
VFB=1.3V
10
50/100
nA
nA（max）
fO
振荡器频率
（注6）
150
127/110
173/173
kHz
kHz（min）
kHz（max）
VSAT
饱和压降
IOUT=3A
（注7,8）
1.16
1.4/1.5
V
V（max）
DC
最大占空因数（ON）
（注8）
100
%
最小占空因数（OFF）
（注9）
0
%
ICL
电流极限
峰值电流
（注7,8）
4.5
3.6/3.4
6.9/7.5
A
A（min）A（max）
IL
输出泄漏电流
Output=0V
（注7,9）
50
µA（max）
Output=-1V
（注10）
2
30
mAmA（max）
IQ
静止电流
（注9）
5
10
mA
mA（max）
ISTBY
待机静止电流
ON/OFFpin=5V（OFF）（注10）
80
200/250
µA
µA（max）
θJC
结到壳热阻
TO-220或TO-263
2
°C/W
θJA
结到周围环境热阻
TO-220封装（注11）
TO-263封装（注12）
TO-263封装（注13）
TO-263封装（注14）
50
50
30
20
°C/W
°C/W
°C/W
°C/W
ON/OFF控制测试电路图1
VIH
VIL
ON/OFF脚逻辑输入极限电压
低电平（调整器ON）
高电平（调整器OFF）
1.3
0.6
2.0
V
V（max）V（min）
IH
ON/OFF脚输入电流
VLOGIC=2.5V
（调整器OFF）
5
15
µA
µA（max）
IL
VLOGIC=0.5V
（调整器ON）
0.02
5
µA
µA（max）
注1：
超过“极限条件”装置可能损坏。
“运行条件”的目的是功能性的，但并不保证具体的性能极限。
为保证规格和测试条件，参见电气特性。
注2：
人体放电模式相当于一个100PF的电容通过一个1.5K的电阻向每个管脚放电。
注3：
典型值是指在25℃下的数值，代表最常见的情况。
注4：
所有的极限参数都必须适合于室温（用正常字体表示）和极限温度（用带下划线的粗斜体字表示），所有室温下的极限参数都是经过测试得出的，所有的极限温度下的极限参数都可以通过使用相关的标准统计质量控制方法（SQC）来加以保证。
注5：
二极管、电感、输入和输出端的电容以及调节输出电压的电阻等外接元件可能会影响开关调节器的系统性能。
当LM2596用在如图1所示测试电路中时，其系统性能如电气特性中系统参量所示。
注6：
当第二级电流极限功能启动时，开关频率会有所下降。
注7：
输出管脚不连接电感、电容或二极管。
注8：
把反馈管脚和输出管脚断开，把反馈管脚连到0V，以强制输出开关晶体管导通。
注9：
把反馈管脚和输出管脚断开，把反馈管脚连到12V（当VOUT=3.3V、5V或ADJ时）或15V（当VOUT=12V时），以强制输出开关晶体管截止。
注10：
VIN=40V。
注11：
环境热阻（不外加散热片）是指TO-220封装的LM2596垂直焊接在覆盖有面积约为1平方英寸（1盎司）铜箔的PCB上所对应的值。
注12：
TO-263封装的LM2596表面焊接在覆盖有面积约为0.5平方英寸（1盎司）铜箔的单面PCB上所对应的环境热阻。
注13：
TO-263封装的LM2596垂直焊接在覆盖有面积约为2.5平方英寸（1盎司）铜箔的单面PCB上所对应的环境热阻。
注14：
TO-263封装的LM2596垂直焊接在覆盖有面积约为3平方英寸（1盎司）铜箔的双面PCB上所对应的环境热阻，而PCB的另一面覆盖有面积约为16平方英寸铜箔。
典型性能特征:
连续模式开关波形间断模式开关波形
VIN=20V,VOUT=5V,ILOAD=2AVIN=20V,VOUT=5V,ILOAD=500mA
L=32µH,COUT=220µF,COUTESR=50mΩL=10µH,COUT=330µF,COUTESR=45mΩ
水平轴时标:
2µs/div.水平轴时标:
2µs/div.
A：
输出管脚电压，10V/div.A：
输出管脚电压，10V/div.
B：
电感电流，1A/div.B：
电感电流，0.5A/div.
C：
输出纹波电压，50mV/div.C：
输出纹波电压，100mV/div
连续模式下的负载瞬时响应间断模式下的负载瞬时响应
VIN=20V,VOUT=5V,ILOAD=500mAto2AVIN=20V,VOUT=5V,ILOAD=500mAto2A
L=32µH,COUT=220µF,COUTESR=50mΩL=10µH,COUT=330µF,COUTESR=45mΩ
水平轴时标:
100µs/div.水平轴时标:
200µs/div.
A：
输出电压，100mV/div.（AC）A：
输出电压，100mV/div.（AC）
B：
500mAto2A负载脉冲B：
500mAto2A负载脉冲
测试电路和设计指南：
固定电压输出：
注：
反馈线要远离电感通量，电路中的粗线一定要短，最好用地平面设计。
CIN—470µF/50V,铝电解电容，Nichicon“PL系列”
COUT—220µF/25V铝电解电容，Nichicon“PL系列”
D1—5A,40V肖特基整流器，1N5825
L1—68µH,L38
可变电压输出：
注：
①调节输出电压的电阻R1、R2要靠近LM2596的4脚且引脚要短。
②反馈线要远离电感通量。
③电路中的粗线一定要短，最好用地平面设计。
CIN—470µF/50V,铝电解电容，Nichicon“PL系列”
COUT—220µF/35V铝电解电容，Nichicon“PL系列”
D1—5A,40V肖特基整流器，1N5825
L1—68µH,L38
这里VREF=1.23V
R1—1kΩ,1%选择R1大约为1kΩ,使用一个1%的电阻
CFF—参看应用信息部分。
FIGURE1标准测试电路及设计指南
在开关调节器中，PCB版面布局图非常重要。
快速的开关电流与布线电感可产生电压瞬变，会造成问题。
为减小电感和接地环路，图中所示的粗线部分在PCB板上要印制得宽一点，且要尽可能地短。
为了取得最好的效果，外接元器件要尽可能地靠近开关集成电路，最好用地平面设计或单点接地。
如果所用电感是磁芯开放式的，对它的位置必须格外小心。
如果允许电感通量和敏感的反馈线、开关集成电路的地线以及输出端电容COUT的连线相交叉，则可能会引起一些问题。
在输出可调的方案中，必须特别注意反馈电阻及其相关布线的位置。
一方面电阻要靠近开关IC，另一方面相关的连线要远离电感，尤其是磁芯开放式的电感。
（参见应用部分获取更多的信息）
设计步骤及实例
固定输出调节器的设计步骤
条件：
VOUT=3.3V（或5V、或12V）,VIN（max）为最大直流输入电压,
ILOAD（max）为最大负载电流
步骤：
1.电感的选择（L1）
A．要根据图4、图5和图6所示的数据选择电感的适当值（分别对应输出电压为3.3V、5V和12V），对于所有的其他输出电压的情况，请看输出可调的调节器的设计步骤。
B．在图4、图5和图6上，由最大输入电压线和最大负载电流线的交叉区域确定电感的值，每一个区域都对应一个电感值和一个电感代号（LXX）。
C．从图8中所列的4个厂家所列的产品号中选择一个合适的电感，最好使用磁屏蔽结构的电感器。
2.输出电容的选择（COUT）
A.在大多数的应用中，低等效电阻（LowESR）的电解电容值在82μF到820μF之间，而低等效电阻（LowESR）的固体钽电容值在10μF到470μF之间效果最好。
电容应该靠近IC，同时，电容的管脚要短，连接的覆铜线也要短，电容值不要大于820μF。
（参见应用说明的输出电容部分）
B.为了简化电容选择步骤，请参阅表2所示的电容快速选择表，这个表包含了最好的设计方案所需的不同的输入电压、输出电压、负载电流、不同的电感和输出电容。
C.电解电容的耐压至少应是输出电压的1.5倍，为了确保较低的ESR和纹波更低的输出电压，需要更高耐压值的电容器。
3.吸纳二极管的选择（D1）
A.吸纳二极管的最大承受电流能力至少要为最大负载电流的1.3倍，如果设计的电源要承受连续的短路输出，则吸纳二极管的最大承受电流能力要等于LM2596的极限输出电流。
对二极管来说，最坏的情况是过载或输出短路。
B.吸纳二极管的反向耐压至少要为最大输入电压的1.25倍。
C.吸纳二极管必须是快恢复的且必须靠近LM2596，此二极管的管脚要短，连接的铜线也要短。
由于所需的二极管开关速度快、正向压降低，所以，肖特基二极管是首选，同时，它的性能和效率都很好，特别是在低输出电压情况下更是如此。
使用超快恢复或高效整流二极管效果也很好。
超快恢复二极管的典型恢复时间为50ns或更快，而IN5400系列的整流二极管速度很慢，通常不用。
4.输入电容的选择（CIN）
为了防止在输入端出现大的瞬态电压，在输入端和地之间要加一个低ESR（等效电阻）的铝或钽电容作为旁路电容，这个电容要靠近IC。
另外，输入电容的RMS（电流均方根值）至少要为直流负载电流的一半。
要确保所选的电容的这个参数不能低于直流负载电流的一半。
几个不同的铝电解电容的典型均方根电流值所对应的曲线如图13所示。
对铝电解电容，其耐压值要为最大输入电压的1.5倍。
必须谨慎使用固体钽电容器（见应用信息的输入电容器）。
如果使用了钽电容，则它的耐压要为输入电压的2倍，推荐使用生产厂家测试过浪涌电流的电容。
使用陶瓷电容为输入旁路电容时要特别小心，因为这可能会在输入脚处引起非常严重的噪声。
固定输出调节器设计实例
条件：
VOUT=5V，VIN（max）=12V，ILOAD（max）=3A
步骤：
1.电感的选择（L1）
A.按图5所示的电感选择方法选择输出为5V时的电感。
B.由图5可见，电压为12V的水平线和电流为3A的垂直线的交叉区域所对应的电感值为33μH，代号为L40。
C.所需的电感值为33μH，从表8中L40那行所列的4个厂家的电感序列号中选择一个电感（通常，表贴和直插的电感都有）。
2.输出电容的选择（COUT）
A.参阅应用信息的输出电容器部分。
B.从表2所示的快速设计器件选择中，先选择输出电压为5V的那几行，在负载电流列中，选择一条与你应用中所需电流最接近的一条电流线，在本例中，选择3A的电流线。
在最大输入电压列中，选择一条与你应用中所需输入电压最接近的一条电压线，在本例中，选择15V所对应的电压线。
在这条线上所列的就是使用效果最好的电感和电容。
在这个例子中铝电解电容器从几个不同的厂家：
330µF35VPanasonicHFQ系列
330µF35VNichiconPL系列
C.输出电压为5V时，则电容的耐压至少应为7.5V或更高。
但是，即使在低等效电阻下和开关级，220μF/10V的铝电解电容也会产生大约225mΩ的等效阻抗，这么大的等效电阻会在输出端产生相对高的输出纹波电压。
要把纹波电压降到输出电压的1%或更低，就需要选择一个耐压（低等效电阻的）更高或容值更高的电容。
一个16V或25V的电容几乎可以把纹波电压降到原来的一半。
3．吸纳二极管的选择（D1）
参考图9。
在这个例子中，5A/20V的肖特基二极管IN5823可以产生很好的效果，而且，在输出短路的情况下，也不会过载。
4.输入电容的选择（CIN）
输入耐压和电流均方根是输入电容的重要参数。
如果输入电压是12V，那么，铝电解电容的耐压要大于18V（1.5×VIN），下一个更高的电容耐压值为25V。
在调节器中输入电容的电流均方根大约是直流负载电流的一半，在本例中，负载电流为3A，那么，输入电容的电流均方根至少为1.5A，利用图13所示的曲线图可以选择合适的电容。
在曲线图中，35V的电压线所对应的电流均方根值大于1.50A的电容为680μF，于是，我们就可以选出一个680μF/35V的电容。
对于选择直插元件的设计，680μF/35V的电解电容就足够了，其他种类或其他厂家的电容可以用来提供足够的均方根纹波电流。
对于选择表贴元件的设计，可以选用固态钽电容，但是，要注意的是，必须测试电容的浪涌电流值。
AVX公司的TPS系列及VISHAY公司的593D系列的器件的浪涌电流值都经过测试了。
FIGURE
FIGURE2LM2596固定输出快速设计器件选择表
条件
电感
输出电容
直插式电解电容
表贴式钽电容
输出
电压
V
负载电流A
最大输入电压V
电感值
μH
电感号#
PANASONIC
HFQ系列
（μF/V）
NICHICON
PL系列
（μF/V）
AVX
TPS系列
（μF/V）
VISHAY
595D系列（μF/V）
3.3
3
5
22
L41
470/25
560/16
330/6.3
390/6.3
7
22
L41
560/35
560/35
330/6.3
390/6.3
10
22
L41
680/35
680/35
330/6.3
390/6.3
40
33
L40
560/35
470/35
330/6.3
390/6.3
2
6
22
L33
470/25
470/35
330/6.3
390/6.3
10
33
L32
330/35
330/35
330/6.3
390/6.3
40
47
L39
330/35
270/50
330/10
330/10
5
3
8
22
L41
470/25
560/16
220/10
330/10
10
22
L41
560/25
560/25
220/10
330/10
15
33
L40
330/35
330/35
220/10
330/10
40
47
L39
330/35
270/35
220/10
330/10
2
9
22
L33
470/25
560/16
220/10
330/10
20
68
L38
180/35
180/35
100/10
270/10
40
68
L38
180/35
180/35
100/10
270/10
12
3
15
22
L41
470/25
470/25
100/16
180/16
18
33
L40
330/25
330/25
100/16
180/16
30
68
L44
180/25
180/25
100/16
120/20
40
68
L44
180/35
180/35
100/16
120/20
2
15
33
L32
330/25
330/25
100/16
180/16
20
68
L38
180/25
180/25
100/16
120/20
40
150
L42
82/25
82/25
68/20
68/25
可调输出调节器的设计步骤和设计实例（略）
电感值选择指南（连续模式）
以下4图均为：
水平轴：
最大负载电流（A），竖直轴：
最大输入电压（V）
FIGURE4.LM2596-3.3FIGURE6.LM2596-12
FIGURE5.LM2596-5.0FIGURE7.LM2596-ADJ
FIGURE11.二极管选择表
FIGURE8.电感厂商产品编号
框图
FIGURE12.
使用说明：
管脚功能：
VIN——正输入端，在这个管脚处必须加一个适当的输入旁路电容来减小暂态电压，同时为LM2596提供所需的开关电流。
GND——接地端。
Output——输出端，这个脚上的电压可在（+VIN-VSAT）和-0.5V（大约）间转换。
为了减小耦合，PCB上连接到该脚的铜线区域要尽量小。
Feedback——反馈端，这个管脚把输出端的电压反馈到闭环反馈回路。
ON/OFF——这个管脚可以利用逻辑电平把LM2596切断，使输入电流就降到大约80μA。
将这个管脚的电压下拉到低于大约1.3V时，LM2596就被打开；而上拉到高于1.3V（最大到25V）时，LM2596就被
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