基于lm2596的dc-dc電路分析

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1、電路總體說(shuō)明LM2596屬于DC-DC開(kāi)關(guān)電源的BUCK類電壓反饋式的降壓型電源管理集成電路，能夠輸出5V/3A的驅(qū)動(dòng)電流，開(kāi)關(guān)頻率150KHzo在本電路（圖1）中應(yīng)用了其固定的工作模式，輸入電壓Vin=7?32V,輸出電壓Vout=5Vo如圖1所示，為了防止在輸入端11!現(xiàn)大的瞬態(tài)電壓，在輸入端和地之間加入一個(gè)低ESR的電容作為旁路電容。Ul、DI、LI、C2構(gòu)成基本的BUCK類電路。同時(shí)LI、C2也構(gòu)成了一個(gè)低通濾波器，截止頻率/i=——/=892Hzo2兀該電路的紋波電壓VrippleImnrCm*f英屮Ln祗為輸出電流的最大值，C如為輸出的等效電容，/為開(kāi)關(guān)頻

2、率從上式可以看出在開(kāi)關(guān)頻率不可改變的情況下，加大輸出電容可以減小輸出的電壓紋波或者采用并聯(lián)的方式減小ESR值或者使用低ESR值的電容以減小輸出紋波。一、在不接入后級(jí)低通濾波器時(shí)在不接入后級(jí)低通濾波器時(shí)，由其自身的電感和電容進(jìn)行一次濾波，截止頻率為892Hzo實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)如下：1、不帶負(fù)載時(shí)測(cè)量其輸出紋波電壓，示波器截圖如圖2,紋波電壓在8mv左右。CH1CHI2.00rnVE<.i探頭IX皮相CH3/4.00V<10Hz2、在接入純電阻負(fù)載時(shí)，測(cè)量其輸出紋波電壓，示波器截圖如圖3,紋波在7()mv左右7-Sep-1010:27<10Hz3、在接入混合型負(fù)載時(shí)，測(cè)暈其輸出紋

3、波電壓，示波器截圖如圖4,紋波電壓也在58mv左右CH1交冼帶寬限制20MHz探頭IXVoltageCHI200mVE^MS.OOjjs7-Sep-1010:29CH3/4.00V<10Hz二、加入后級(jí)低通濾波器時(shí)為了適應(yīng)電源工作環(huán)境和負(fù)載的需要，需要將紋波電壓降低。故要在輸出端加入后級(jí)低通濾波器以進(jìn)一步降低電壓紋波至10mv以下。所加入的后級(jí)低通濾波器的截止頻率fi=——.=1079Hz2兀JLa*(C4+C5)單從濾波器的角度看：rtlLl、Cl構(gòu)成的前級(jí)低通濾波器和rhL2、C4、C5構(gòu)成的后級(jí)低通濾波器共同構(gòu)成的二級(jí)濾波器的截止頻率厶lC3+厶1C2+L2C3

4、±/(￡iC3+LiC2+L2C3)2-4*￡iL2C2C32*乙厶2C2C3將各值代入可得該二級(jí)濾波器的截止頻率為692Hzo可以看到加入一級(jí)低通濾波器Z后，電路的輸出截止頻率降低。同時(shí)加入的電感和電容可以緩沖電壓，從而進(jìn)一步降低了輸出紋波電壓。1、不帶負(fù)載時(shí)測(cè)量其輸出紋波電壓示波器截圖如圖5,電壓紋波在2nw以內(nèi)MPos:8.580ms■Stop交流?V9■?■■?aLbm■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■?帶聲限制20MHzli1—i—i—i—a—i—iiI—i—lCHI2.00mVE?...iS.OOjus■'aBa7-Sep

5、-1010:09需矣IXVoltageCH3y4.00V<10Hz2、帶純電阻負(fù)載時(shí)的示波器截圖如圖6,紋波電壓也在3mv以內(nèi)圖63、帯混合型負(fù)載吋的示波器截圖如圖7,紋波電壓控制在4nw以內(nèi)CH1耒禺曰帶寬限制20MHz探頭IXVoltage4.00V從以上的實(shí)驗(yàn)中可以得到基于LM2596此種BUCK電路的設(shè)計(jì)在實(shí)踐中完全能夠滿足需要。其它測(cè)試：短路：在5V輸出口直接短路，lm2596會(huì)進(jìn)入短路保護(hù)狀態(tài)，電路斷開(kāi)后1秒左右恢復(fù)供電。過(guò)溫，過(guò)載，情況類似滿載：經(jīng)測(cè)試，目前的電流滿載功率為3.5W即可以輸出5V/700mA。主要問(wèn)題在與1N5822與電感功率太小。要支持

6、更大電流則需要更換1N5822與大功率電感。四、電路的保護(hù)措施和擴(kuò)展方案1、保護(hù)拾施為防止輸入的反接將電路的二極管擊穿，可以在電路的輸入端加入一二極管使反接時(shí)電路不會(huì)導(dǎo)通，但是在選擇該二極管時(shí)要注意其耐壓值應(yīng)為輸入電壓的2-3倍，額定電流應(yīng)保持1.5-2倍的裕量，導(dǎo)通壓降要盡可能小。2、擴(kuò)展方案為適應(yīng)交流輸入，可以在電路的輸入端加入一個(gè)整流橋以將交流轉(zhuǎn)換為直流，橋中二極管的耐壓值為輸入電壓的2-3倍，額定電流應(yīng)保持1.5-2倍的裕量，導(dǎo)通壓降要盡可能小。擴(kuò)展電路如圖8,其中在接入整流橋的電路中不需要再接入防反接的二極管D2圖8五、PCB布線和布局以及元件選擇的考慮在開(kāi)

7、關(guān)調(diào)節(jié)器中，開(kāi)關(guān)電流與環(huán)線電感密切相關(guān)，為防止漏磁對(duì)周圍電路的影響首先盡量使用磁屏蔽結(jié)構(gòu)的電感器，同吋輸入、輸出電容的連線要盡可能短而粗，輸入輸出的正極、地線也同樣如此。為了取得最好的效果外接元器件要盡可能地靠近開(kāi)關(guān)型集成電路，反饋線應(yīng)印制在與電感相反的一面以避免電感的漏磁被反饋線吸收。輸出電解電容的耐壓值至少應(yīng)是輸出電壓的1.5倍，為了得到紋波更低的輸出電壓，需要更高耐壓值的電容器°理想的二極管在承受方向電壓時(shí)截止，不會(huì)有反向電流通過(guò)。而實(shí)際二極管正向?qū)〞r(shí),PN結(jié)內(nèi)的電荷被積累，當(dāng)二極管承受反向電壓時(shí)，PN結(jié)內(nèi)積累的電荷將釋放并形成一個(gè)反向恢復(fù)電