Понижающий DC-DC преобразователь на LM2596
Понижающие DC-DC преобразователи все чаще и чаще находят свое применение в быту, хозяйстве, автомобильной технике, а также в качестве регулируемых блоков питания в домашней лаборатории.
К примеру, на большегрузном автомобиле напряжение бортовой кабельной сети может составлять +24В, а вам необходимо подключить автомагнитолу или другое устройство с входным напряжение +12В, тогда такой понижающий преобразователь вам очень пригодится.
Множество людей заказывают с различных китайских сайтов понижающие DC-DC преобразователи, но их мощность довольно таки ограничена, ввиду экономии китайцами на сечении обмоточного провода, полупроводниковых приборах и сердечниках дросселей, ведь чем мощнее преобразователь, тем он дороже. Поэтому, предлагаю вам собрать понижающий DC-DC самостоятельно, который превзойдет по мощности китайские аналоги, а также будет экономически выгоднее. По моему фотоотчету и представленной схеме видно, что сборка не займет много времени.
Микросхема LM2596 есть ни что иное, как импульсный понижающий регулятор напряжения. Она выпускается как на фиксированное напряжение (3.3В, 5В, 12В) так и на регулируемое напряжение (ADJ). На базе регулируемой микросхемы и будет построен наш понижающий DC-DC преобразователь.
Рекомендую к прочтению статью «Регулируемый стабилизатор напряжения на LM2576«, микросхемы LM2576 и LM2596 практически идентичны, расположение выводов и обвязка одинаковые, разница в частоте генератора и некоторых параметров.
Схема преобразователя
Основные параметры регулятора LM2596
Входное напряжение………. до +40В
Максимальное входное напряжение ………. +45В
Выходное напряжение………. от 1.23В до 37В ±4%
Частота генератора………. 150кГц
Выходной ток………. до 3А
Ток потребления в режиме Standby………. 80мкА
Рабочая температура от -45°С до +150°С
Тип корпуса TO-220 (5 выводов) или TO-263 (5 выводов)
КПД (при Vin= 12В, Vout= 3В Iout= 3А)………. 73%
Хотя КПД может и достигать 94%, он зависит от входного и выходного напряжения, а также от качества намотки и правильности подбора индуктивности дросселя.
Согласно графика, взятого из даташита, при входном напряжении +30В, выходном +20В и токе нагрузки 3А, КПД должен составить 94%.
Также у микросхемы LM2596 есть защита по току и от перегрева. Замечу, что на неоригинальных микросхемах данные функции могут работать некорректно, либо вовсе отсутствуют. Короткое замыкание на выходе преобразователя приводит к выходу из строя микросхемы (проверил на двух LM-ках), хотя тут удивляться и нечему, производитель не пишет в даташите о присутствии защиты от КЗ.
Элементы схемы
Все номиналы элементов указаны на схеме электрической принципиальной. Напряжение конденсаторов С1 и С2 выбирается в зависимости от входного и выходного напряжения (напряжение входа (выхода) + запас 25%), я установил конденсаторы с запасом, на напряжение 50В.
Конденсатор C3 — керамический. Номинал его выбирается согласно таблицы из даташита. Согласно этой таблицы емкость C3 подбирается для каждого отдельного выходного напряжения, но так как преобразователь в моем случае регулируемый, то я применил конденсатор средней емкости 1нФ.
Диод VD1 должен быть диодом Шоттки, или другим сверхбыстрым диодом (FR, UF, SF и др.). Он должен быть рассчитан на ток 5А и напряжение не меньше 40В. Я установил импульсный диод FR601 (6А 50В).
Дроссель L1 должен быть рассчитан на ток 5А и иметь индуктивность 68мкГн. Для этого берем сердечник из порошкового железа (желто-белого цвета), наружный диаметр 27мм, внутренний 14мм, ширина 11мм, ваши размеры могут отличаться, но чем больше они будут, тем лучше. Далее мотаем двумя жилами (диаметр каждой жилы 1мм) 28 витков. Я мотал одиночной жилой диаметром 1,4мм, но при большой выходной мощности (40Вт) дроссель грелся сильно, в том числе и из-за недостаточного сечения жилы. Если мотать двумя жилами, то в один слой обмотку положить не удастся, поэтому нужно мотать в два слоя, без изоляции между слоями (если эмаль на проводе не повреждена).
Через резистор R1 протекает малый ток, поэтому его мощность 0,25Вт.
Резистор R2 подстроечный, но может быть заменен на постоянный, для этого его сопротивление рассчитывается на каждое выходное напряжение по формуле:
Где R1 = 1кОм (по даташиту), Vref = 1,23В. Тогда, посчитаем сопротивление резистора R2 для выходного напряжения Vout = 30В.
R2 = 1кОм * (30В/1,23В — 1) = 23,39кОм (приведя к стандартному номиналу, получим сопротивление R2 = 22кОм).
Таким образом, можно рассчитать сопротивление резистора R2 для любого выходного напряжения (в рамках возможного диапазона).
Также, зная сопротивление резистора R2, можно рассчитать выходное напряжение.
Испытания понижающего DC-DC преобразователя на LM2596
При испытаниях на микросхему был установлен радиатор площадью ? 90 см? .
Испытания я проводил на нагрузке сопротивлением 6,8 Ом (постоянный резистор, опущенный в воду). Изначально на вход преобразователя я подал напряжение +27В, входной ток составил 1,85А (входная мощность 49,95Вт). Выходное напряжение я выставил 15,5В, ток нагрузки составил 2,5А (выходная мощность 38,75Вт). КПД при этом составил 78%, это очень даже неплохо.
После 20 мин. работы понижающего преобразователя диод VD1 нагрелся до температуры 50°С, дроссель L1 нагрелся до температуры 70°С, сама микросхема нагрелась до 80°С. То есть, во всех элементах есть резерв по температуре, кроме дросселя, 70 градусов для него многовато.
Поэтому для эксплуатации данного преобразователя на выходной мощности 30-40Вт и более, необходимо мотать дроссель двумя (тремя) жилами и выбирать больший по размерам сердечник. Диод и микросхема могут долговременно держать температуру 100-120°С без каких-либо опасений (кроме нагрева всего что рядом находится, в том числе и корпуса). При желании можно установить на микросхему больший по размеру радиатор, а у диода VD1 можно оставить длинные выводы, тогда будет тепло отводиться лучше, либо прикрепить (припаять к одному из выводов) небольшую пластинку (радиатор). Также нужно как можно лучше залудить дорожки печатной платы, либо пропаять по ним медную жилу, это обеспечит меньший нагрев дорожек при долгой работе на большую выходную мощность.
Испытания продолжаются…
Подав на вход преобразователя напряжение +12В, входной ток составил 1,75А (потребляемая мощность 21Вт). Выходное напряжение я выставил 5,3 Вольт, выходной ток составил 2,5А (выходная мощность 13,25Вт), КПД при этом составил уже 63%.
После 20 мин. работы преобразователя дроссель L1 нагрелся до температуры 45°С, микросхема LM2596 нагрелась до температуры 70°С, температуру диода VD1 я не стал измерять, так как он был чуть горячим.
Пару слов о печатной плате…
В даташите представлен эскиз исполнения LM2596 в корпусе TO-220 с загнутыми выводами.
Я же покупал микросхему с прямыми выводами и сам их подгибал.
Так вот, перегнул я их не как в даташите, а наоборот. Соответственно печатную плату развел под неправильный изгиб выводов, но эта печатная плата оказалась удобнее. Даташитовский вариант мне не нравится вовсе, так как невозможно LM-ку установить на стенку корпуса блока питания или другого устройства. Поэтому я развел плату и под стандартный изгиб выводов, с возможностью установки большого радиатора или крепления к стенке корпуса. Поэтому, для вас в архиве лежат две рабочие печатные платы. Перемычки устанавливать как можно толще (диаметром не менее 1мм).
Печатная плата понижающего DC-DC преобразователя на LM2596 СКАЧАТЬ
Источник
LM2596 КАК СТАБИЛИЗАТОР ТОКА
Все знают о китайских модулях понижающих преобразователей на LM2596S, доступных по цене менее 100 рублей в большинстве интернет-магазинов. Модуль представляет собой импульсный источник питания постоянного напряжения (CV), в котором выходное напряжение стабилизировано и устанавливается многооборотным подстроечным резистором.
Возникла идея использовать один из этих модулей с LM2596S для управления низковольтными светодиодами с использованием источников питания 9–12 В. Данный модуль может использоваться только в режиме CV, но бывает нужна функция ограничения тока — стабилизация постоянного тока (CC). Для адаптации этой микросхемы требуется внешняя схема датчика тока нагрузки. Вот принципиальная схема.
Токовый адаптер для модуля — схема
Как видите, это очень простая доработка, подходящая для размещения в модуле. Здесь нагрузка (OUT) получает питание от модуля LM2596S (IN) через схему адаптера. Затем адаптер контролирует ток нагрузки и выдает ОС (FB) на вход обратной связи (вывод 4 микросхемы LM2596S), чтобы управлять током нагрузки в заранее определенных пределах.
Контакт FB модуля LM2596
В документации на LM2596-ADj видно типичный пример включения. В примере резисторы R1 и R2 образуют делитель для отправки напряжения обратной связи на вывод обратной связи LM2596. Если напряжение ОС >1,23 В, выходное значение слишком велико, и LM2596 понижает выход до тех пор, пока опорное напряжение обратной связи не вернется к 1,23 В. Итак, можем проделать хитрость, просто подавая туда его, чтобы уменьшить выход до предела перегрузки по току. Если это так, LM2596 сочтет напряжение слишком высоким и немедленно снизит выходное напряжение.
LM2596AJ пример применения микросхемы по даташиту
Хотя модуль LM2596S точно следует включению из даташита, есть некоторые явные отклонения — можете увидеть их на схеме китайского модуля LM2596S, приведенной ниже.
Схема китайского модуля на LM2596S
Возвращаясь к конструкции адаптера, тут ключевым компонентом является резистор измерения тока R1. Вставив резистор для измерения тока между нагрузкой и выходом модуля, можем измерить ток, подаваемый на нагрузку. Резистор 2,2 Ом установит на нем около 700 мВ при токе 330 мА.
Когда значение тока превысит пороговый уровень, транзистор T1 будет направлять управляющее напряжение, чтобы установить контакт обратной связи выше его опорного напряжения. Светодиод LED1 является простым индикатором схемы, а конденсаторы C1 и C2 являются дополнительными стабилизаторами.
Схема с одним транзистором S8550 поможет справиться с поставленной задачей. При входе 3,0 В анод диода 1N4148 (D1) может получать около 2,3 В, а на конце резистора 2K (или 2K2) R3 будет около 1,6 В, что выше опорного напряжения 1,23 В, таким образом LM259S в модуле снижает выходное напряжение, что также снижает ток. Эта идея была успешно протестирована с различными модулями LM2596S.
Стабилизатор тока для LED
Таким образом получилась небольшая схема для добавления функции ограничения тока в модуль импульсного регулятора понижающего преобразователя LM2596S. Тест проводился со стандартным белым светодиодом мощностью 1 Вт на макетной плате и он отлично работал.
Кстати, китайские производители бывает используют поддельные микросхемы с маркировкой LM2596S! Такой себе клон LM2576-ADJ, переименованный в LM2596S-ADJ. Частота переключения LM2576 составляет около 50 кГц по сравнению с 150 кГц у LM2596, что позволяет легко увидеть это на осциллографе. Следующая заметная вещь — это значение индуктивности, 47 мкГн вместо рекомендуемых 33 мкГн.
В общем есть много вариантов модуля. Кроме того, часто нет конденсатора прямой связи (CFF), который может потребоваться параллельно с верхним резистором обратной связи, если выходное напряжение превышает 10 В, для обеспечения стабильности. Не рекомендуется использовать эти поддельные модули с непрерывной нагрузкой более 1 А, а также для нагрузок, требующих более 9 В.
Также чтобы использовать схему адаптера в реальности, сначала рассчитайте необходимый ток нагрузки, чтобы установить значение резистора считывания тока используя закон Ома. Затем включите схему, не подключая нагрузку, и отрегулируйте выходное напряжение до необходимого значения с помощью подстроечного резистора модуля LM2596S. Наконец, подключите нагрузку и сделайте пробный запуск. Обратите внимание на собственное падение напряжения на резисторе считывания тока. Лучше рассмотреть возможность установки входного напряжения немного выше, чтобы компенсировать это, но большинство нагрузок нормально работают и с немного более низким напряжением.
Источник
LM2596 — понижающий DC-DC преобразователь напряжения
LM2596 — это импульсный понижающий регулируемый стабилизатор постоянного напряжения. Имеет высокий КПД. Меньше нагревается если сравнивать с модулями на линейных стабилизаторах. Источник питания может применяться в широком спектре устройств. К безусловным достоинствам относится работа в ощутимом диапазоне входного напряжения. Вместе с большим КПД это дает хорошие результаты при последовательном включении DC-DC LM2596 с химическими источниками тока, солнечными панелями или ветряными генераторами.
Дополнив преобразователь DC-DC LM2596 трансформатором, выпрямителем и фильтром получим блок питания. На входе стабилизатора напряжение должно быть большее выходного минимум на 1.5 В. При потреблении мощности от DC-DC LM2596 более десяти Вт следует применять средства охлаждения.
Предусмотрены крепежные отверстия под винт. Клеммников нет, провода придется паять. Под микросхемой есть отверстия с металлизацией для дополнительного отвода тепла на обратную сторону платы.
Технические характеристики преобразователя LM2596
- Эффективность преобразования (КПД): до 92%
- Частота переключения: 150 кГц
- Рабочая температура: от -40 до + 85 °C
- Влияние изменения входного напряжения на уровень выхода: ± 0.5%
- Поддержание установленного напряжения с точностью: ± 2.5%
- Входное напряжение: 3-40 В
- Выходное напряжение: 1.5-35 В (регулируемое)
- Выходной ток: номинальный до 1А, от 1 до 2А заметно возрастает нагрев, предельный 3A (требуется дополнительный радиатор)
- Размер: 45x20x14 мм
Принципиальная схема преобразователя LM2596
В некоторых модулях защитный диод D1 включен обратно-параллельно на входе, но в таком случае не нужно забывать подсоединить и предохранитель на входе, который сгорит, если перепутать полярность, также этот диод защищает от всплесков напряжения на выходе.
Существуют варианты с прямым включением диода D1 (SS34, SS54) на входе, обычно это диоды Шоттки, у этих диодов есть два положительных качества: весьма малое прямое падение напряжения (0.2-0.4 вольта) на переходе и очень высокое быстродействие. 
Но дешёвые модули на базе LM2596 не имеют защитного диода, с одной стороны — это минус, так как случайно можно убить преобразователь перепутав полярность на входе, а с другой стороны — это плюс, потому что на диоде будет падать некоторое напряжение и греться при больших токах.
Схема подключения LM2596 DC-DC преобразователя
Подключается преобразователь очень просто, не стабилизированное напряжение подается на контакты модуля +IN, –IN (плюс и минус соответственно), а выходное напряжение снимается с контактов платы +OUT, -OUT.
С обратной стороны есть стрелка, что указывает в какую сторону идёт преобразование. 
Источник