LM2596S 概述

LM2596S 是一款高效率、易于使用的降压型稳压器，由美国国家半导体（National Semiconductor，现归属于德州仪器）开发。这款芯片能够在宽范围输入电压条件下工作，输出稳定的直流电压。其主要特点是高转换效率、简化设计和较低的成本，常用于电源管理领域，如工业控制、通信设备、消费电子等。

主要功能

1. 降压稳压：将较高的输入电压降低到目标输出电压。

2. 过流保护：防止芯片在负载短路或过载情况下损坏。

3. 热保护：防止芯片在高温环境下运行失效。

4. 电压调节：支持可调输出电压范围。

5. 高效率转换：降低热量损耗，提高电源效率。

芯片参数

1. 输入电压范围

• 标称输入电压范围：4.5V 至 40V

• 推荐使用范围：7V 至 25V

2. 输出电压范围

• 可调版本输出范围：1.23V 至 37V

• 固定输出版本：3.3V、5V、12V 等

3. 输出电流

• 最大输出电流：3A

• 稳定输出电流：2.5A（推荐使用）

4. 开关频率

• 工作频率：150 kHz（典型值）

5. 转换效率

• 最大效率：90%

6. 封装类型

• TO-263 表面贴装封装（常见型号：LM2596S）

工作原理

LM2596S 是一种脉宽调制（PWM）控制的开关稳压器，其核心工作原理是通过开关元件（内部集成 MOSFET）以高速开关动作控制电感储能和释放。具体工作流程如下：

1. 输入电压调节：输入高压经过整流和滤波后提供给芯片输入端。

2. 内部振荡器：芯片内部的振荡器产生固定频率的 PWM 信号。

3. 功率开关调制：通过调节 PWM 信号的占空比，实现对电感的充放电控制。

4. 输出电压整流与滤波：电感释放的电流通过续流二极管（Schottky）以及输出滤波电容，最终产生稳定的直流电压。

5. 反馈控制：通过电阻分压电路将输出电压反馈至芯片的反馈引脚（FB），与内部参考电压进行比较，以实时调整 PWM 信号。

典型电路图

下面是一张基于 LM2596S 的降压电路示意图：

原理图说明

输入电压范围：7V-40V  
输出电压：5V  
输出电流：最大3A  

电路图

设计步骤

1. 输入输出电压选择

根据应用需求选择输入电压范围和目标输出电压。例如：

• 输入电压：12V

• 输出电压：5V

2. 反馈电阻分压计算

LM2596 的反馈电压固定为 1.23V，可通过公式计算 R1 和 R2 的阻值：

$$V_{out} = V_{FB} imes left(1 + frac{R1}{R2} ight)$$Vout=VFB×(1+R2R1)

例如，当需要输出 5V 时，假设 R2 = 1kΩ，则：

$$R1 = R2 imes left(frac{V_{out}}{V_{FB}} - 1 ight) = 1kΩ imes left(frac{5}{1.23} - 1 ight) approx 3.06kΩ$$R1=R2×(VFBVout−1)=1kΩ×(1.235−1)≈3.06kΩ

3. 电感值选择

电感值的计算公式如下：

$$L = frac{V_{out} imes (1 - D)}{f_{sw} imes Delta I}$$L=fsw×ΔIVout×(1−D)

其中：

• $D$D 为占空比，可用$D = frac{V_{out}}{V_{in}}$D=VinVout 计算

• $f_{sw}$fsw 为开关频率，典型值为 150 kHz

• $Delta I$ΔI 为电感电流纹波，推荐为最大输出电流的 20%-30%

4. 输入/输出滤波电容选择

• 输入电容：高频低 ESR 电解电容，通常选 330μF/50V。

• 输出电容：470μF/16V，保证输出电压纹波较小。

5. 二极管选择

建议选用低正向压降、高速的肖特基二极管，如 1N5824。

应用领域

1. 工业电源：提供设备的直流电源，适用于工业控制系统。

2. 通信设备：用作交换机、路由器的电源模块。

3. 消费电子：如移动电源、充电器和小家电的电源管理。

4. 汽车电子：适用于车载设备如音频系统和仪表盘。

优势特点

1. 高效率：采用 PWM 开关技术，降低热损耗。

2. 宽输入范围：适配多种输入电压源。

3. 输出稳定：支持动态负载调整，纹波小。

4. 集成度高：无需复杂外部元器件，设计简单。

5. 保护功能齐全：内置过流、过温保护。

注意事项

1. 电感和电容的选型：确保电感值和电容容量满足电路需求，以避免输出纹波过大。

2. 散热管理：LM2596S 封装中，功耗集中在芯片内部，需注意 PCB 布局的散热设计。

3. 输入电压范围：不要超过芯片的最大输入电压限制，以免损坏芯片。

4. 电路稳定性：避免电路中大电流路径过长，以减少寄生电感引发的干扰。

总结

LM2596S 是一款经典的高性能降压稳压器芯片，因其高效、低成本和易于设计的特点，广泛应用于各种电源管理场景。通过正确的电路设计和元器件选择，可以实现稳定的电压输出和高效的能量转换，满足不同领域的电源需求。