LM2596 是一款常用的 DC-DC 降压调节器（Buck Converter），广泛应用于电源管理、稳压器设计和多种电子设备中。它能够将较高的输入电压转换为较低的输出电压，并且在转换过程中能够保持较高的效率。LM2596 内置了电感器，然而它对外部电感器的选择仍有一定要求。电感器是降压转换器中不可或缺的一个重要组件，对于系统的稳定性、效率以及输出波形的质量都有重要影响。

1. LM2596 降压调节器概述

LM2596 是由 Texas Instruments (德州仪器) 推出的系列降压电源管理芯片之一，其工作原理基于脉宽调制（PWM）控制。它采用了内部功率 MOSFET 和内部电感，能够实现高效的电压转换，且具有较低的热损耗。LM2596 支持输入电压范围从 4V 到 40V，适用于很多应用场景，尤其是那些需要降低高电压至较低电压的场合。

LM2596 的典型应用场合包括：

• 电池供电设备的电压调节

• 3D 打印机电源

• Arduino 或其他单片机开发板电源供电

• LED 驱动电源

• 充电系统等

2. 电感器在 LM2596 中的作用

在任何 DC-DC 降压转换器中，电感器都起着至关重要的作用。它与开关元件（通常是 MOSFET）和二极管一起，构成了能量存储和转换的核心电路部分。LM2596 降压调节器虽然内部集成了电感器，但在设计时，选用合适的外部电感器对优化其性能至关重要。

2.1 电感器的作用

电感器在降压转换器中主要承担以下几个功能：

• 能量存储：电感器通过在开关周期内吸收和释放能量，调节电流的变化。它储存的能量能够平滑输出电压，降低电压波动。

• 滤波：电感器与电容器组合使用时，可以有效滤除高频噪声和波纹，从而提高输出电压的稳定性。

• 控制输出电流：电感器与负载一起决定了电流的传输和转换，它直接影响到系统的效率和输出电流的平稳性。

2.2 电感器的选择

虽然 LM2596 内置了电感器，但实际应用中，用户常常需要为 LM2596 选择外部电感器。选择正确的电感器可以显著提高转换器的效率、降低电磁干扰（EMI）和减小输出电压波纹。

选择外部电感时，需要考虑以下几个参数：

• 电感值（L）：LM2596 降压转换器的工作频率通常为 150kHz（标准模式），因此选用的电感器需要提供合适的电感值，以确保在转换过程中能储存足够的能量。一般来说，LM2596 使用的电感值范围为 33μH 到 100μH。

• 电流额定值（Isat）：电感器的额定电流决定了它能承受的最大电流。对于 LM2596，外部电感器的额定电流需要大于最大负载电流。

• 直流电阻（DCR）：电感器的直流电阻会影响到系统的效率。较低的 DCR 可以降低电感器的能量损耗，提升转换效率。

• 尺寸和类型：在选择电感时，还需要根据电源的大小、使用场合和预算选择适当的尺寸和类型。常见的电感器类型包括 SMD（表面贴装型）和通孔型。

2.3 电感器与输入输出电压关系

在实际设计中，电感的选择会直接影响到 LM2596 降压转换器的工作性能。具体来说：

• 输入电压：输入电压较高时，电感器需要储存更多的能量，从而影响其选型。例如，当输入电压为 12V 时，电感器需要提供更高的能量存储能力以维持较低的输出电压（如 5V）。因此，高输入电压系统可能需要更大的电感值。

• 输出电压和负载电流：输出电压和负载电流也是选择电感器时需要考虑的重要因素。较大的负载电流要求电感器能够提供更多的电流传输能力，而较低的输出电压则要求更精确的电流控制和电压调节。

3. LM2596 降压转换器的工作原理

LM2596 降压转换器的核心工作原理是基于开关模式电源（SMPS）技术，其通过周期性的开关操作来调节输出电压。

3.1 PWM 控制

LM2596 采用了脉宽调制（PWM）技术来控制开关元件的导通时间。在一个周期内，LM2596 会快速地打开和关闭其内部 MOSFET，控制通过电感器的电流大小。通过调整 MOSFET 的开关频率和占空比，LM2596 可以实现输出电压的精确控制。

3.2 电感器的能量传递

当 MOSFET 导通时，输入电压会使电感器产生磁场，储存能量。MOSFET 关闭时，电感器会释放储存的能量通过二极管输送到负载。电感器在这个过程中起到了平滑电流的作用，减少了电流波动，并有效地将输入电压转换为稳定的输出电压。

3.3 输出电压的控制

LM2596 内部有一个反馈环路，它通过监测输出电压与参考电压的差异来调整 PWM 信号的占空比，从而精确控制输出电压。反馈控制系统能够动态地调整开关频率，以应对负载变化，保持输出电压的稳定性。

4. LM2596 应用中的电感器优化

尽管 LM2596 自带电感器，但实际应用中，选用外部电感器时可以进一步优化系统的性能。以下是一些优化设计的要点：

4.1 提高转换效率

选择低 DCR 电感器能够减少电感器的损耗，从而提高 LM2596 转换器的整体效率。效率的提高意味着系统能够更少地产生热量，延长使用寿命。

4.2 降低输出电压波纹

输出电压的波纹通常由开关转换器的开关频率和电感器的滤波性能决定。选用适当的电感器能够降低电压波纹，使得输出电压更加稳定，尤其是在对精度要求较高的应用中非常重要。

4.3 控制电磁干扰（EMI）

在高频开关过程中，电感器会产生电磁干扰。通过选择低 EMI 电感器，可以有效地抑制噪声，减少对其他电路的干扰。合理布局电感器和其他组件的位置也是减少 EMI 的有效方式。

4.4 提高负载响应速度

负载突变时，系统需要能够快速响应并调整输出电压。电感器的选择对系统的动态响应速度有较大影响。合适的电感值可以使得系统在负载变化时迅速稳定输出电压。

5. 常见 LM2596 电感器选择示例

• 33μH 电感器：适用于中等功率的 LM2596 应用，通常可以承受约 3A 的负载电流，适合用于输入电压较高（例如 12V 或 24V）的场景。

• 47μH 电感器：适合用于负载电流较大的系统，能够提供更好的滤波效果，减少输出波纹。

• 100μH 电感器：适用于低功率应用或者需要极低波纹的应用，适合输入电压较低（如 5V）的系统。

6. 总结

电感器在 LM2596 降压调节器中的作用不可忽视，它直接影响到系统的效率、稳定性和响应速度。在设计中，正确选择电感器对优化整个电源系统的性能至关重要。尽管 LM2596 内置了电感器，但在实际应用中选择外部电感器时，仍需根据输入电压、输出电压、负载要求等因素综合考虑电感值、电流额定值和直流电阻等参数，以获得最佳的性能和效率。