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LM2596设计指南文档.pdf

发布时间：2022-06-14 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.25M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    LM2596 开关电压调节器 SEPTEMBER， 2004 LM2596 开关电压调节器 LM2596 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， 可调版本可以输出 1.2V～37V 之间的各种电压。 该器件内部集成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。由于该器件只需 4 个外接元件，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。 其封装形式包括标准的 5 脚 TO-220 封装（DIP）和 5 脚 TO-263 表贴封装（SMD）。 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） 特点 ※ 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% ※ 输出线性好且负载可调节 ※ 输出电流可高达 3A ※ 输入电压可高达 40V ※ 采用 150KHz 的内部振荡频率，属于第二代开关电压调节器，功耗小、效率高 ※ 低功耗待机模式，IQ 的典型值为 80μA ※ TTL 断电能力 ※ 具有过热保护和限流保护功能 ※ 封装形式：TO-220（T）和 TO-263（S） ※ 外围电路简单，仅需 4 个外接元件， 且使用容易购买的标准电感 应用领域 ※ 高效率降压调节器 ※ 单片开关电压调节器 ※ 正、负电压转换器 典型应用（固定输出） LM2596□-5.0 １
    LM2596 开关电压调节器 SEPTEMBER， 2004 管脚图 极限参数 名称 最大电源电压 脚输入电压 “反馈”脚电压 到地的输出电压（静态） 功耗 储存温度 静电释放（人体放电 1） 焊接时的管脚 TO-263 气流焊（60 秒） 红外线焊接（10 秒） 温度 工 作条 件 TO-220 波峰焊/电烙铁焊接（10 秒） 最高结温 温度范围 电源电压 范围 45 -0.3～25 -0.3～25 -1 由内部限定 -65～150 2000 215 245 260 150 -40～125 4.5～40 单位 V V V V -- ℃ V ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ V 注 1：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。 电气特性 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； 系统参量(4) 测试电路见图 1 符号 参量 条件 典型值（2） 极限值（3） 单位 LM2596□—3.3 （见注 14） VOUT 输出电压 4.75V≤VIN≤40V， 0.2A≤ILOAD≤3A η 效率 VIN=12V，ILOAD=3A LM2596□—5.0 （见注 14） VOUT 输出电压 7V≤VIN≤40V， 0.2A≤ILOAD≤3A η 效率 VIN=12V，ILOAD=3A 3.3 73 5.0 80 3.168/3.135 3.432/3.465 4.800/4.750 5.200/5.250 V V（min） V（max） % V V（min） V（max） % ２
    LM2596 开关电压调节器 SEPTEMBER， 2004 符号 参量 条件 典型值（2） 极限值（3） 单位 LM2596□—12 （见注 14） VOUT 输出电压 15V≤VIN≤40V， 0.2A≤ILOAD≤3A 12.0 11.52/11.40 12.48/12.60 η 效率 VIN=25V，ILOAD=3A 88 LM2596□—ADJ （见注 14） V V（min） V（max） % VFB 反馈电压 η 效率 4.5V≤VIN≤40V， 0.2A≤ILOAD≤3A VOUT 调为 3V， 电路图见图 1 VIN=25V，VOUT =3V， ILOAD=3A VIN=25V，VOUT =15V，ILOAD=3A 1.230 73 90 1.193/1.180 1.267/1.280 V V（min） V（max） % % 电气特性（所有输出） 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。 （见注 14） 符号 参量 条件 器件参数 LM2596□—XX 典型值（2） 极限值（3） 单位 Ib fO VSAT DC 反馈偏置电流 只适用于输出可调节的情况，VFB=1.3V 振荡器频率 见注 5 饱和电压 IOUT=3A（6,7） 最大工作周期（ON） 最小工作周期(OFF） 见注 7 见注 8 ICL 极限电流 峰值电流（6，7） 输出漏电流 输出为 0V（6，8） 输出为-1V（9） 静电流 见注 9 IL IQ ISTBY 待机静电流 ON/OFF 脚=5V（OFF）（9） 10 150 1.16 100 0 4.5 2 5 80 50/100 127/110 173/173 1.4/1.5 3.6/3.4 6.9/7.5 50 30 10 200/250 nA nA(max) KHz KHz(min) KHz(max) V V(max) % % A A(min) A(max) μA(max) mA mA(max) mA mA(max) μA μA(max) ３
    LM2596 开关电压调节器 SEPTEMBER， 2004 符号 参量 条件 热阻 θJC θJA θJA θJA θJA ON/OFF 控制 （ 测试电路见图 1） VIH VIL ON/OFF 脚逻辑输入 门槛电压 TO-220 或 TO-263 TO-263（10） TO-263（11） TO-263（12） TO-263（13） 低（调节器开） 高（调节器关） IH IL ON/OFF 脚输入电流 VLOGIC=2.5V（调节器关） VLOGIC=0.5V（调节器开） LM2596□—XX 典型值（2） 极限值（3） 单位 2 50 50 30 20 1.3 5 0.02 0.6 2.0 15 5 ℃/W ℃/W ℃/W ℃/W ℃/W V V(max) V(min) μA μA(max) μA μA(max) 注 2： 典型值是指在 25℃下的数值，代表最常见的情况。 注 3： 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静态质量控 制方法来加以保证。 注 4：二极管、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 5：当第二级电流极限功能启动时，开关频率会有所下降， 下降的程度取决于过电流的严重程度。 注 6：输出管脚不连接电感、电容或二极管。 注 7：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 8：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 9：VIN=40V 注 10：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 平方英寸铜箔的 PCB 上所对应的值。 注 11：TO-263 封装的 LM2596 垂直焊接在覆盖有面积约为 0.5 平方英寸铜箔的单面 PCB 上所对应的环境热阻。 注 12：TO-263 封装的 LM2596 垂直焊接在覆盖有面积约为 2.5 平方英寸铜箔的单面 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 3 平方英寸铜箔的双面 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。 注14： LM2596T-3.3, LM2596T-5.0, LM2596T-12， LM2596T-ADJ为TO-220封装（DIP）； LM2596S-3.3, LM2596S-5.0,LM2596S-12， LM2596S-ADJ为TO-263封装（SMT）。 ４
    LM2596 开关电压调节器 SEPTEMBER， 2004 测试电路及其布线方案（固定输出） 注：反馈线要远离电感，电路中的粗线一定要短，最好用 地线屏蔽。 CIN---470μF/50V COUT----220μF/25V D1----5A/40V IN5825 L1---68μH，L38 测试电路及其布线方案（输出可调） 纹波滤波电路 注：反馈线要远离电感，电路中的粗线一定要短，最好用地线屏蔽，调节输出电压的电阻 R1、R2 要靠近 LM2596 的 4 脚。 输出电压的计算可由下式给出： ， 其中 VREF=1.23V， ，为了确保输出稳定， R1 选用标称阻值为 1KΩ，精度为 1%的电阻。 CIN---470μF/50V COUT----220μF/35V R1----1K，1% D1----5A/40V IN5825 L1---68μH CFF----参照有关的应用信息 图 1 标准测试电路 在开关调节器中，PCB 版面布局图非常重要，开关电流与环线电感密切相关，由这种环线电感所产生的暂态电 压往往会引起许多问题。要使这种感应最小、地线形成回路，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型集成电路，最好用地线屏蔽或单点接地。 最好使用磁屏蔽结构的电感器，如果所用电感是磁芯开放式的，那么，对它的位置必须格外小心。如果电感通量和 敏感的反馈线相交叉，则集成电路的地线及输出端的电容 COUT 的连线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导线的位置。在物理上，一方面电阻要靠近 IC，另一方面相关的连线要远离电 感，如果所用电感是磁芯开放式的，那么，这一点就显得更加重要。 ５
    LM2596 开关电压调节器 SEPTEMBER， 2004 TO-263 封装（S）尺寸图 单位：英寸/毫米 TO-220 封装（T）尺寸图 单位：英寸/毫米 ６
    LM2596 开关电压调节器 SEPTEMBER， 2004 设计步骤及实例 固定输出调节器的设计步骤 条件：VOUT=3.3（或 5 、或 12）V , 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（Low ESR）的电解电容值在 82μF 到 820μF 之间，而低等效电阻（Low ESR）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，连接的铜线也 要短，电容值不要大于 820μF。 为了简化电容选择步骤，请参阅表 2 所示的电容快速选择，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。 B. C. 电解电容的耐压至少应是输出电压的 1.5 倍，为了得到纹波更低的输出电压，需要更高耐压值的电容器。 3. 续流二极管的选择（D1） A. 续流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 续流二极管的最大承受电流能力要等于 LM2596 的极限输出电流。对续流二极管来说，最坏的情况是过载或输 出短路。 B. 续流二极管的反向耐压至少要为 最大输入电压的 1.25 倍。 C. 续流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，象 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，输入电容电流的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。必须注意的是，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。使用瓷片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。 ７
    LM2596 开关电压调节器 SEPTEMBER， 2004 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），最好使用磁屏蔽结构的电感器。 2. 输出电容的选择（COUT） A. 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。 B. 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 225Ω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．续流二极管的选择（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。 输出电容 直插式电解电容 表贴式钽电容 PANASONIC NICHICON AVX HFQ 系列 （μF/V） PL 系列 （μF/V） TPS 系列 （μF/V） 330/6.3 330/6.3 330/6.3 330/6.3 330/6.3 330/6.3 330/10 220/10 220/10 220/10 220/10 220/10 100/10 100/10 VISHAY 595D 系列 （μF/V） 390/6.3 390/6.3 390/6.3 390/6.3 390/6.3 390/6.3 330/10 330/10 330/10 330/10 330/10 330/10 270/10 270/10 ８ 输 出 电压 V 3.3 5 条件 负 载 电 流 A 3 2 3 2 电感 最大输 入电压 V 电感值 μH 电感 号# 5 7 10 40 6 10 40 8 10 15 40 9 20 40 22 22 22 33 22 33 47 22 22 33 47 22 68 68 L41 L41 L41 L40 L33 L32 L39 L41 L41 L40 L39 L33 L38 L38 470/25 560/35 680/35 560/35 470/25 330/35 330/35 470/25 560/25 330/35 330/35 470/25 180/35 180/35 560/16 560/35 680/35 470/35 470/35 330/35 270/50 560/16 560/25 330/35 270/35 560/16 180/35 180/35
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