LM2596S 概述

LM2596S 是一款高效率、易于使用的降壓型穩壓器，由美國國家半導體（National Semiconductor，現歸屬于德州儀器）開發。這款芯片能夠在寬范圍輸入電壓條件下工作，輸出穩定的直流電壓。其主要特點是高轉換效率、簡化設計和較低的成本，常用于電源管理領域，如工業控制、通信設備、消費電子等。

主要功能

1. 降壓穩壓：將較高的輸入電壓降低到目標輸出電壓。

2. 過流保護：防止芯片在負載短路或過載情況下損壞。

3. 熱保護：防止芯片在高溫環境下運行失效。

4. 電壓調節：支持可調輸出電壓范圍。

5. 高效率轉換：降低熱量損耗，提高電源效率。

芯片參數

1. 輸入電壓范圍

• 標稱輸入電壓范圍：4.5V 至 40V

• 推薦使用范圍：7V 至 25V

2. 輸出電壓范圍

• 可調版本輸出范圍：1.23V 至 37V

• 固定輸出版本：3.3V、5V、12V 等

3. 輸出電流

• 最大輸出電流：3A

• 穩定輸出電流：2.5A（推薦使用）

4. 開關頻率

• 工作頻率：150 kHz（典型值）

5. 轉換效率

• 最大效率：90%

6. 封裝類型

• TO-263 表面貼裝封裝（常見型號：LM2596S）

工作原理

LM2596S 是一種脈寬調制（PWM）控制的開關穩壓器，其核心工作原理是通過開關元件（內部集成 MOSFET）以高速開關動作控制電感儲能和釋放。具體工作流程如下：

1. 輸入電壓調節：輸入高壓經過整流和濾波后提供給芯片輸入端。

2. 內部振蕩器：芯片內部的振蕩器產生固定頻率的 PWM 信號。

3. 功率開關調制：通過調節 PWM 信號的占空比，實現對電感的充放電控制。

4. 輸出電壓整流與濾波：電感釋放的電流通過續流二極管（Schottky）以及輸出濾波電容，最終產生穩定的直流電壓。

5. 反饋控制：通過電阻分壓電路將輸出電壓反饋至芯片的反饋引腳（FB），與內部參考電壓進行比較，以實時調整 PWM 信號。

典型電路圖

下面是一張基于 LM2596S 的降壓電路示意圖：

原理圖說明

輸入電壓范圍：7V-40V  
輸出電壓：5V  
輸出電流：最大3A  

電路圖

設計步驟

1. 輸入輸出電壓選擇

根據應用需求選擇輸入電壓范圍和目標輸出電壓。例如：

• 輸入電壓：12V

• 輸出電壓：5V

2. 反饋電阻分壓計算

LM2596 的反饋電壓固定為 1.23V，可通過公式計算 R1 和 R2 的阻值：

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

例如，當需要輸出 5V 時，假設 R2 = 1kΩ，則：

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

3. 電感值選擇

電感值的計算公式如下：

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

其中：

• $D$D 為占空比，可用$D = frac{V_{out}}{V_{in}}$D=VinVout 計算

• $f_{sw}$fsw 為開關頻率，典型值為 150 kHz

• $Delta I$ΔI 為電感電流紋波，推薦為最大輸出電流的 20%-30%

4. 輸入/輸出濾波電容選擇

• 輸入電容：高頻低 ESR 電解電容，通常選 330μF/50V。

• 輸出電容：470μF/16V，保證輸出電壓紋波較小。

5. 二極管選擇

建議選用低正向壓降、高速的肖特基二極管，如 1N5824。

應用領域

1. 工業電源：提供設備的直流電源，適用于工業控制系統。

2. 通信設備：用作交換機、路由器的電源模塊。

3. 消費電子：如移動電源、充電器和小家電的電源管理。

4. 汽車電子：適用于車載設備如音頻系統和儀表盤。

優勢特點

1. 高效率：采用 PWM 開關技術，降低熱損耗。

2. 寬輸入范圍：適配多種輸入電壓源。

3. 輸出穩定：支持動態負載調整，紋波小。

4. 集成度高：無需復雜外部元器件，設計簡單。

5. 保護功能齊全：內置過流、過溫保護。

注意事項

1. 電感和電容的選型：確保電感值和電容容量滿足電路需求，以避免輸出紋波過大。

2. 散熱管理：LM2596S 封裝中，功耗集中在芯片內部，需注意 PCB 布局的散熱設計。

3. 輸入電壓范圍：不要超過芯片的最大輸入電壓限制，以免損壞芯片。

4. 電路穩定性：避免電路中大電流路徑過長，以減少寄生電感引發的干擾。

總結

LM2596S 是一款經典的高性能降壓穩壓器芯片，因其高效、低成本和易于設計的特點，廣泛應用于各種電源管理場景。通過正確的電路設計和元器件選擇，可以實現穩定的電壓輸出和高效的能量轉換，滿足不同領域的電源需求。