LM2596 vs LM2576: Hangi Buck Konvertör Seçilmeli?

LM2596 vs LM2576 karşılaştırması, her hobi meraklısının ve birçok profesyonelin bir step-down anahtarlamalı regülatöre ihtiyaç duyduğunda yaptığı bir kıyaslamadır; çünkü bu iki parça, çalışma tezgahlarında ve çevrimiçi satılan sayısız ayarlanabilir güç modülünde en yaygın bulunan buck converter birimleridir. LM2576, 52 kilohertz hızında anahtarlama yapan 3 amperlik bir step-down regülatör olan orijinal SIMPLE SWITCHER buck converter modelidir; LM2596 ise onun 150 kilohertz hızında anahtarlama yapan daha yüksek frekanslı halefidir. Bu iki parça arasındaki karşılaştırma, işlevden ziyade bir frekans karşılaştırmasıdır. Her iki parça da, HV sınıfında 60 volta ve normalde yaklaşık 40 volta kadar çıkan geniş bir girişi, sabit voltajlarda veya bir direnç bölücü tarafından ayarlanan ayarlanabilir bir versiyonda daha düşük bir çıkışa düşürür. Her ikisi de piyasanın yeniden ürettiği pin-compatible parça ailesinde yer alır. Bu kılavuz; anahtarlama frekansı, indüktör ve filtre boyutu, verimlilik ve ısı, giriş ve çıkış seçenekleri ile uygulamalar açısından ikisini karşılaştırır ve aralarında seçim yapma kuralını sunar; böylece buck hattı için kanıtlara dayanarak 52 kilohertzlik orijinali veya 150 kilohertzlik halefi seçilir.

Bu karşılaştırma aynı zamanda ikame görünümüne bir giriştir, çünkü LM2596 ve LM2576 elektronikte en çok kopyalanan anahtarlamalı regülatör ailelerinden birine aittir. Her iki parça da tedarikçilerin ve yerli üreticilerin yeniden ürettiği bir pin dizilimini paylaşır ve her ikisi de her yerde bulunan ayarlanabilir buck modüllerinde görünür; bu nedenle her ikisini de kullanan bir tasarım, derin ve pin-compatible bir kaynağa sahiptir. Bu kılavuz, mühendislik karşılaştırmasını ve tedarik görünümünü birlikte ele alır ve iki parçayı dürüstçe okur: bunlar farklı frekanslardaki aynı konvertördür, frekans farkı indüktör ve filtre seçimini yönlendirir ve karşılaştırmanın geri kalanı bu tek gerçekten kaynaklanır. LM2596 ve LM2576, aynı SIMPLE SWITCHER ailesinin eski ve yeni yüzüdür ve bu karşılaştırma ailenin frekans hikayesini haritalandırır.

LM2596 vs LM2576: Temel Fark

LM2596 ve LM2576 arasındaki temel fark anahtarlama frekansıdır ve karşılaştırmadaki her pratik fark bu durumdan kaynaklanır. LM2576, orijinal SIMPLE SWITCHER tasarımının frekansı olan 52 kilohertz'de anahtarlama yaparken, LM2596 yaklaşık üç kat daha yüksek olan 150 kilohertz'de anahtarlama yapar; bu frekans indüktörün boyutunu, çıkış filtresini ve konvertörün ürettiği dalgalanmayı (ripple) belirler. Daha yüksek bir anahtarlama frekansı indüktörü daha hızlı anahtarlar, bu da bir buck konvertörün aynı çıkış dalgalanmasını korurken daha küçük bir indüktör ve daha küçük çıkış kapasitörleri kullanmasına olanak tanır; böylece LM2596, aynı çıkış için LM2576'dan daha küçük ve daha düşük profilli bir hat oluşturur. Daha yüksek frekans ayrıca anahtarlama gürültüsünü daha yüksek bir banda taşır, bu da çıkışta filtrelenmesi daha kolay ancak giriş EMI tarafında daha zordur; dolayısıyla frekans seçimi bir boyut ve EMI takasıdır. Temel fark frekanstır ve karşılaştırma, kılavuzun geri kalanı boyunca frekansın sonuçlarını; indüktörü, dalgalanmayı, verimliliği ve EMI değerlerini inceler.

Bu iki parça, LM2596'nın farklı bir konvertörden ziyade LM2576'nın halefi olması nedeniyle onları kardeş yapan tasarımı da paylaşır. Her ikisi de dahili anahtara ve dahili osilatöre sahip orijinal tarz buck regülatörleridir, her ikisi de 3 amper akım verir, her ikisi de yaklaşık 40 volta kadar çalışma girişinden voltaj düşürür, her ikisi de sabit çıkışları ve harici direnç bölücü ile ayarlanabilir modu destekler ve her ikisi de akım sınırı ile termal kapanma koruması taşır. Tasarımın paylaşılması, birini bilen bir tasarımcının diğerini de tanıdığı anlamına gelir ve aralarındaki karşılaştırma bir yetenek yarışından ziyade frekans takasıdır. LM2596, LM2576'nın yapamadığını yapmaz, bunu daha yüksek bir frekansta yapar ve karşılaştırma, frekansı belirleyici eksen olarak kabul ederek bu ilişkiyi onurlandırır.

Anahtarlama frekansı konvertörü nasıl değiştirir?

Anahtarlama frekansı konvertörü en küçük parçalarında, yani indüktör ve çıkış kapasitöründe değiştirir. Bir buck konvertör, anahtarın açık olduğu sürede enerjiyi indüktöründe depolar ve anahtarın kapalı olduğu sürede bu enerjiyi iletir; daha yüksek bir frekans daha kısa döngüler ve döngü başına daha az depolanan enerji anlamına gelir, bu nedenle aynı çıkış akımı ve dalgalanma için indüktörün endüktansı ve fiziksel boyutu düşer. 150 kilohertz'deki LM2596 tipik olarak birkaç on mikrohenry'lik bir indüktör ve küçük bir çıkış kapasitörü ile eşleşirken, 52 kilohertz'deki LM2576 aynı hat için genellikle yüz mikrohenry veya daha fazla olan daha büyük bir indüktör ve daha büyük bir yığın kapasitör ile eşleşir. Frekans ayrıca aynı değerlerdeki çıkış dalgalanmasını da şekillendirir, çünkü daha yüksek frekans yük darbelerini yayar ve filtrenin daha küçük sapmaları düzeltmesine izin verir. Frekansı okuyan tasarımcı, devrenin ihtiyaç duyduğu indüktörü ve kapasitörü de okumuş olur ve LM2596'nın daha küçük hattı oluşturmasının tek nedeni bu gerçektir.

İndüktör ve Çıkış Filtresi: LM2596 vs LM2576

İndüktör, LM2596 ve LM2576 kartlarının farklı görünmesini sağlayan parçadır ve filtre kıyaslaması, frekansın fiziksel hale gelmiş halinin kıyaslamasıdır. 150 kilohertz hızındaki bir LM2596 buck tasarımı, genellikle küçük blendajlı bir tambur olan onlu mikrohenri seviyelerinde bir indüktör ve 150 kilohertzlik dalgalanmayı (ripple) gereken seviyeye filtreleyen bir çıkış kapasitörü kullanır; böylece tüm hat kompakt bir alana sığar. 52 kilohertz hızındaki bir LM2576 buck tasarımı ise genellikle yüz mikrohenri veya daha fazla olan daha büyük bir indüktör ve daha büyük bir çıkış kapasitörü kullanır; bu hat daha fazla kart alanı ve daha fazla yükseklik kaplar. Bu takas, frekansın sunduğu bir hediye ve bunun maliyetidir: LM2596 kart alanından tasarruf sağlar ancak gürültüyü daha yüksek frekansta anahtarlar, LM2576 ise kart alanını harcar ancak gürültüyü daha düşük frekansta anahtarlar. Seçim, kartın alan bütçesini ve gürültü bütçesini birlikte değerlendirir, çünkü frekansın zorunlu kıldığı filtre, iki hat arasındaki fiziksel farktır.

Giriş filtresi ve yerleşim (layout) aynı frekans hikayesini takip eder, çünkü bir buck dönüştürücünün anahtarlamalı akımı hem girişte hem de çıkışta bir gürültü kaynağıdır. Daha yüksek frekanslı LM2596, giriş kapasitörünün parçaya yakın olmasına ve anahtarlamalı döngüyü dar tutan bir yerleşime ihtiyaç duyarken, daha düşük frekanslı LM2576 yerleşim ve uzun yollar konusunda daha toleranslıdır; bu da eski parçanın hobi dünyasında hayatta kalmasının nedenlerinden biridir. Çıkıştaki dalgalanma (ripple), her frekanstaki indüktör ve kapasitör değerleri tarafından belirlenen aynı tasarım hedefidir ve sessiz bir hat gerektiren bir tasarım, filtreyi kendi frekansına göre boyutlandırır ve dalgalanma bütçesinin gerektirdiği yere filtre sonrası bileşenleri ekler. Filtre kıyaslaması, frekans farkının gövdesidir ve tasarımcı, parçalar arasında seçim yapmadan önce frekansın zorunlu kıldığı indüktörü, kapasitörü ve yerleşimi inceler.

Her parça için indüktör nasıl boyutlandırılır

Her parça için indüktörü boyutlandırmak, veri sayfasındaki (datasheet) tabloyu ve frekansı takip eder. 52 kilohertzdeki LM2576, veri sayfasının giriş voltajı, çıkış voltajı ve akıma göre seçtiği daha büyük bir endüktansla eşleşir; bu değer 3 amperlik bir hat için tipik olarak yüz mikrohenri civarında veya üzerindedir ve tepe anahtarlama akımının üzerinde bir doyma akımı (saturation-current) derecesine sahiptir. 150 kilohertzdeki LM2596, aynı hat için tipik olarak onlu mikrohenri seviyelerinde daha küçük bir endüktansla ve fiziksel olarak daha küçük bir parça üzerinde aynı tepe akım derecesiyle eşleşir. Veri sayfası parça numarasını, çekirdek tipini ve teli seçer; tasarımcı ise değeri tahmin etmek yerine çalışma noktasındaki tabloyu okur. İndüktör boyutu frekansın doğrudan bir sonucudur ve LM2596'nın kartının daha küçük olmasının nedenidir ki bu, kıyaslamanın en görünür farkıdır.

Verimlilik, Isı ve Performans: LM2596 vs LM2576

LM2596 ve LM2576'nın verimliliği aynı aile hikayesidir; çalışma noktasının ve anahtarlama kayıplarının getirdiği farklarla birlikte, çoğu çalışma aralığında geçerli olan klasik yüzde 80 sınıfı buck verimliliğidir. LM2596'nın daha yüksek frekansı, anahtar ve diyotta küçük bir miktar anahtarlama kaybı ekler; LM2576'nın daha düşük frekansı ise daha büyük indüktörün kayıplarını taşır. Aynı çıkıştaki net verimlilik birbirine yakındır ve veri sayfası (datasheet) eğrileri her giriş ve çıkıştaki pratik değerleri gösterir. Isı, verimliliği ve akımı takip eder: 12 voltluk bir girişten 5 voltluk bir çıkışa 3 amperlik bir buck, lineer versiyonun yakacağı gücü yarıya indirir ve kalan watt değeri paket, TO-220 sekmesi veya TO-263 pedi ve kart bakırı aracılığıyla atılır. Verimlilik ve ısının karşılaştırılması, birbirine yakın değerlerin ve paylaşılan paketin karşılaştırılmasıdır; ikisi arasındaki seçim verimliliğe göre değil, bu kılavuzun önceki bölümlerinde okunan frekans ve alana göre belirlenir.

Performans ayrıca her iki parçanın paylaştığı tepkiyi ve korumayı da taşır, çünkü ailenin karakteri SIMPLE SWITCHER'ın basitliğidir. Her iki parça da harici kompanzasyona ihtiyaç duymadan sadece indüktöre, diyota, kapasitörlere ve geri besleme ağına ihtiyaç duyar; çünkü dahili kompanzasyon sabit frekans için tasarlanmıştır ve her ikisi de parçayı ve yükü koruyan akım sınırı ile termal kapatma özelliklerini taşır. Başlatma, soft-start ve yük adımına verilen tepki detaylarda farklılık gösterir ve veri sayfası eğrileri bu davranışı gösterir, ancak hiçbir parça yeni ailelerin hızlı tepki veren, özellik açısından zengin konvertörü değildir. Performans karşılaştırması ailenin ortak sınırıdır ve iki parça arasındaki tercih, yetenekten ziyade frekans ve alan tercihidir. Verimlilik ve ısı ailenin dürüst rakamlarıdır ve frekans ailenin ayırt edici özelliğidir.

Anahtarlama kaybı frekansla nasıl değişir?

Anahtarlama kaybı, anahtar her açılıp kapandığında kaybedilen enerjidir ve frekansla ölçeklenir çünkü daha yüksek frekans geçiş sayısını artırır. LM2596'nın 150 kilohertz değeri, LM2576'nın 52 kilohertz değerinden üç kat daha sık geçiş yapar, bu nedenle diğer her şey eşit olduğunda, daha yüksek frekanstaki anahtar ve diyot anahtarlama kaybından daha büyük bir pay taşır ve düşük yükteki verimlilik eğrileri bu farkı gösterebilir. Pratik büyüklük, anahtarın yükselme ve düşme süresine, diyotun toparlanmasına ve indüktörün AC direncine bağlıdır; normal 3 amperlik çalışma noktalarında iki parça birbirine yakın sonuçlar verir. Düşük frekanslı parça genellikle ağır yükte bir miktar daha verimliyken, yüksek frekanslı parça küçük filtre çözümlerinde avantajı elinde tutar. Tasarımcı, iki parçayı tek bir rakamla karşılaştırmak yerine belirli giriş ve çıkıştaki verimlilik eğrilerini okur ve dürüst sonuç şudur: Frekans boyuta ve EMI değerine karar verir, verimlilik ise parça numarasından ziyade eğrileri takip eder.

Giriş Aralığı, Çıkış Seçenekleri ve Koruma: LM2596 vs LM2576

İki parçanın giriş aralığı ve çıkış seçenekleri aynıdır, çünkü aile bu özellikleri paylaşır ve karşılaştırma bunları farklardan ziyade ortak özellikler olarak ele alır. Her ikisi de standart sınıfta yaklaşık 40 volta kadar, HV sınıfında ise yaklaşık 60 volta kadar olan bir çalışma girişinden voltajı düşürür; her ikisi de klasik serideki 3.3, 5, 12 ve 15 voltluk sabit versiyonlarda veya çıkışı harici bir direnç bölücü tarafından ayarlanan ayarlanabilir versiyonda çıkış sağlar ve her ikisi de çıkışı ailenin doğruluğu ve veri sayfasında belirtilen yük ve hat davranışlarıyla düzenler. Paylaşılan giriş ve çıkış özellikleri, LM2576 çalıştıran bir tasarımın aynı giriş ve çıkışta LM2596 çalıştırabileceği anlamına gelir, çünkü rakamlar eşleşir ve kartın gördüğü tek fark frekanstır. Akım sınırı ve termal kapatma gibi koruma özellikleri de ortaktır; veri sayfasının önerdiği giriş filtresi, ters voltaj ve dalgalanma koruması her ikisi için de geçerlidir. Paylaşılan ortak zemin, karşılaştırmanın bir yetenek kararından ziyade bir frekans kararı olmasının nedenidir.

HV sınıfı, ailenin erişimini genişleten varyant olduğu için ayrı bir incelemeyi hak eder. LM2576HV ve LM2596HV, 48 voltluk endüstriyel ve telekom veri yollarına hizmet eden yaklaşık 60 volta kadar bir girişi kabul eder ve HV parçaları, standart parçalarla aynı frekans farkını taşır: 52 kilohertz LM2576HV ve 150 kilohertz LM2596HV. Daha yüksek girişle çalışan tasarımcı, HV sınıfını ve aynı indüktör-filtre frekans dengesini inceler ve karşılaştırma kuralı bu sınıf genelinde geçerliliğini korur. Giriş ve çıkış seçenekleri ailenin paylaşılan genişliğidir ve HV sınıfı bu genişliği artırır; iki parçanın karşılaştırması her sınıfta geçerlidir çünkü frekans farkı sabittir. Paylaşılan zemin ve paylaşılan genişlik karşılaştırmayı net tutar ve frekans, seçim ekseni olmaya devam eder.

Buck ailesinde sabit ve ayarlanabilir çıkış karşılaştırması

Buck ailesindeki sabit ve ayarlanabilir çıkış, diğer regülatör ailelerinin kullandığı kuralın aynısını izler. Besleme hattı standart bir voltaj olduğunda ve tasarım harici bir bölücü olmadan hassas çıkış istediğinde LM2576-5.0 veya LM2596-5.0 gibi sabit parçayı seçin; hat standart dışı bir değer olduğunda veya aynı kartın bir direnci değiştirerek birkaç çıkışa hizmet etmesi gerektiğinde ayarlanabilir parçayı seçin. Hem sabit hem de ayarlanabilir versiyonlar LM2596 ve LM2576 arasındaki aynı frekans farkını taşır, bu nedenle sabit-ayarlanabilir seçimi frekans seçiminden bağımsızdır ve tasarımcı çıkış mimarisini ve frekansı ayrı ayrı seçer. Ayarlanabilir buck, yaygın modüllerin arkasındaki versiyondur ve sabit buck üretim hattıdır; karşılaştırma her ikisini de aynı frekans kuralı altında kapsar.

LM2596 Ne Zaman Seçilmeli

Kartın alanı ve yüksekliği önemli olduğunda LM2596'yı seçin, çünkü 150-kilohertz frekansı hattın daha küçük indüktör ve daha küçük çıkış filtresi kullanmasına olanak tanır; düşük profilli çözüm LM2596'nın varlık sebebidir. Tasarım modern ve daha kompakt bir hattı tercih ettiğinde, kart yoğun olduğunda ve her milimetreküp sayıldığında ve biraz daha yüksek frekanslı EMI, yerleşim ve yüksek frekansın gerektirdiği giriş filtrelemesi ile kontrol altına alınabildiğinde bu parçayı seçin. Yeni yapılar, modül tasarımları ve daha küçük indüktörün belirleyici avantaj olduğu kartlar için LM2596'yı seçin, çünkü frekansın hediyesi tasarruf ettiği alandır. LM2596, kompakt hattın cevabıdır ve karşılaştırmanın kuralı, yeni parçanın alan kısıtlı buck dönüştürücüye sahip olmasına izin vermektir.

2596 seçimi aynı zamanda ekosistemi de yansıtır, çünkü LM2596 ve modülleri çalışma tezgahı standardıdır; parçalar ve ayarlanabilir modüller etrafındaki topluluk geniştir. LM2596 modülünü kullanan bir prototip, kart üzerindeki seri üretim LM2596'ya kolayca aktarılır; sabit ve ayarlanabilir versiyonlar ile HV sınıfı tüm aralığı kapsar, bu nedenle LM2596 üzerinde standartlaşan bir tasarım derin ve pratik bir tedariğe sahiptir. Değiştirme görüşü geçerlidir çünkü pin çıkışı tedarikçiler ve yerli parçalar arasında standartlaştırılmıştır ve parça bir çalışma tezgahı klasiği olduğu için tedarik derinliği fazladır. LM2596'nın hikayesi, kompakt dönüştürücü ve modül ekosistemidir; kılavuzun görüşü de buna uygundur: doğru frekans, küçük filtre ve derin bir aile.

LM2576 Ne Zaman Seçilmeli

Kartta alan olduğunda ve tasarım daha düşük anahtarlama frekansına değer verdiğinde LM2576'yı seçin, çünkü 52-kilohertz hattı gürültüsünü daha düşük bantta anahtarlar; yerleşime ve uzun yollara karşı daha toleranslıdır, bu da daha az yoğun kartlara ve retrofit tasarımlara uygundur. Tasarım, düşük frekanslı dönüştürücünün anahtarlama kaybının bir miktar daha düşük olduğu yükleri çalıştırdığında ve eski parçanın tasarımından miras kalan düşük frekanslı EMI karşılığında daha büyük indüktör kabul edilebilir olduğunda bu parçayı seçin. Halihazırda bu parçayı kullanan kartlar, olgun tasarımlar ve yüksek banttaki frekans gürültüsünün filtrelemeyi karmaşıklaştıracağı uygulamalar için LM2576'yı seçin, çünkü eski parçanın takası harcadığı alandır. LM2576, alan konusunda esnek olan hattın ve düşük frekanslı EMI'nin cevabıdır; karşılaştırmanın kuralı, orijinal parçanın sessiz yerleşimli buck dönüştürücüye sahip olmasına izin vermektir.

2576 seçimi aynı zamanda ailenin mirasını da yansıtır, çünkü LM2576 endüstrinin onlarca yıldır ürettiği ve hizmet verdiği orijinal SIMPLE SWITCHER ürünüdür. Veri sayfası olgundur, uygulama notları (APPnotes) kapsamlıdır, topluluk parçayı tanır ve parça ile modülleri her yerde stokta bulunur; bu nedenle LM2576'yı seçen bir tasarım derin ve iyi belgelenmiş bir tedarik mirası devralır. Değiştirme görüşü aynı pin çıkışı ve aynı paket için geçerlidir; tedarik süreci tedarikçileri ve yerli parçaları kapsar. LM2576 ailenin eski yüzüdür; hikayesi kanıtlanmış hat ve derin dokümantasyondur. Kılavuz, alan ve gürültü takası meşru bir mühendislik kararı olduğu için, onu modası geçmiş bir seçenek yerine gerçek bir tercih olarak ele alır.

Bu Parçalar Etrafında Bir Buck Konvertör Nasıl Tasarlanır

LM2596 veya LM2576 etrafında bir buck konvertör tasarlamak küçük bir bileşen seçme egzersizidir ve işlenmiş örnek, iki parça arasındaki farkı somutlaştırır. Yaygın bir hattı ele alalım: 12 volt giriş, 5 volt çıkış ve 1 amper yük. İlk seçim, giriş voltajı artı bir marj ve ortalama ileri akım için derecelendirilmiş, fast-recovery veya Schottky tipi olması gereken diyottur; çünkü diyot, indüktörün serbest dönme (freewheels) yaptığı anahtarlama kapalı süresinde iletim yapar ve yavaş bir diyot verimliliği daha fazla tüketir ve daha sıcak çalışır. İkinci seçim indüktördür ve burada iki parça birbirinden ayrılır: veri sayfasındaki (datasheet) indüktör seçim tablosu, değeri giriş voltajına, çıkış voltajına ve akıma göre verir; 12 volttan 5 volta, 1 amperlik hat için 150 kilohertz'deki LM2596 tipik olarak tepe anahtar akımının üzerinde bir doyma akımı derecesine sahip 33 mikrohenry sınıfında bir indüktör seçerken, 52 kilohertz'deki LM2576 aynı hat için 100 mikrohenry sınıfında bir değer seçer. Üçüncü seçim, veri sayfasının çıkış dalgalanması (ripple) ve kararlılığa göre boyutlandırdığı çıkış kapasitörüdür; LM2596 için 220 mikrofarad sınıfında düşük ESR'li bir parça ve LM2576 için 330 mikrofarad sınıfında daha büyük bir yığın kapasitör seçilir; düşük ESR ve dalgalanma akımı derecesi yüke göre okunur. Dördüncü seçim, anahtarlamalı giriş akımını yönetmek için parçaya yakın yerleştirilen 100 mikrofarad sınıfı bir elektrolitik giriş kapasitörüdür. Geri besleme (feedback) en sondur: sabit versiyonlar bölücü gerektirmez ve ayarlanabilir versiyonlar, ailenin referansını kullanarak iki dirençle çıkışı ayarlar ve bölücünün toleransı çıkış toleransına eklenir.

İşlenmiş örnek aynı zamanda yerleşimi (layout) de kapsar, çünkü buck konvertörün anahtarlamalı akımı, yerleşimin evcilleştirdiği veya serbest bıraktığı bir gürültü kaynağıdır. Anahtarlamalı döngüyü (giriş kapasitörü, anahtar, diyot ve indüktör) en küçük döngüde sıkı tutun; çünkü döngünün alanı, giriş ve çıkış filtrelemesinin daha sonra tam olarak yakalayamayacağı gürültü için antendir. Parçayı, diyodu ve indüktörü birbirine yakın yerleştirin ve geri besleme hattını anahtarlamalı düğümden uzak tutun, böylece referans anahtarlama gürültüsünü toplamaz. Yerleşim disiplini, tezgahta çalışan konvertör ile EMI testini geçen konvertör arasındaki farktır ve her iki frekansta da aynı disiplindir. 150 kilohertz LM2596 daha sıkı yerleşim ve daha yakın giriş kapasitörü gerektirir; 52 kilohertz LM2576 ise daha toleranslıdır, bu da frekansın fiziksel sonucunun kart seviyesinde tekrarlanmasıdır. Veri sayfasının yerleşim kılavuzunu takip eden bir tasarım, modül satıcılarının halihazırda kanıtladığı hattı oluşturur ve bu da bileşen seçiminin pratik tamamlanmasıdır.

İşlenmiş bir indüktör ve kapasitör seçim tablosu

İşlenmiş bir seçim tablosu tasarımı somutlaştırır ve bu, modül üreticilerinin etkili bir şekilde kullandığı tablodur. 12 volt giriş ve 5 volt, 1 amper çıkış için: LM2596 yaklaşık 33 mikrohenry bir indüktör, 220 mikrofarad civarında düşük ESR'li bir çıkış kapasitörü, 40 volt civarında ve 1 amper ortalama için derecelendirilmiş bir Schottky diyot ve 100 mikrofarad civarında bir giriş kapasitörü seçer; LM2576 ise yaklaşık 100 mikrohenry bir indüktör, 330 mikrofarad civarında bir çıkış kapasitörü, aynı diyot sınıfı ve aynı giriş kapasitörünü seçer. Değerler veri sayfasının seçim tablolarından gelir ve tasarımcı bunları bellekten ziyade çalışma noktasında okur; çünkü tablo, tek bir sayının yapamayacağı şekilde giriş voltajını, dalgalanmayı ve kararlılığı hesaba katar. İndüktörün doyma akımı, tablonun yüzeysel geçtiği kontroldür: tepe anahtar akımı (ortalama artı dalgalanmanın yarısı), indüktörün doyma derecesinin altında kalmalıdır; aksi takdirde indüktör doyar, endüktans çöker ve konvertör verimliliği ve regülasyonu kaybeder. Kapasitörün dalgalanma akımı ikinci kontroldür, çünkü küçük bir kılıf üzerinden geçen anahtarlamalı akım onu aşırı ısıtır ve düşük ESR ile dalgalanma akımı derecesi birlikte okunur. Tablo, veri sayfasını tasarıma dönüştürür ve tasarım da LM2596 veya LM2576'yı çalışan bir hatta dönüştürür.

Verimlilik ve Termal: LM2596 ve LM2576 için Örnek Bir Hesaplama

Buck ailesinin verimliliği ve termal davranışı en iyi şekilde örnek bir hesaplamada görülür ve rakamlar karşılaştırmanın dürüst yüzüdür. 12 volttan 5 volta, 1 amperlik bir hattı ele alalım: çıkış gücü 5 watt'tır ve ailenin yaklaşık yüzde 80 olan tipik verimliliğinde, giriş gücü çıkış gücünün verimliliğe bölünmesiyle yaklaşık 6.25 watt'tır; bu nedenle konvertör aradaki farkı, yani yaklaşık 1.25 watt'ı anahtar, diyot ve indüktör üzerinde dağıtır. Bunu aynı hattaki, giriş eksi çıkış farkı ile akımın çarpımını (yaklaşık 7 watt) dağıtan lineer regülatör ile karşılaştırın; buck'ın 1.25 watt'ı, anahtarlamalı regülatörün var olma sebebidir, ısı lineer olanın küçük bir kısmıdır ve devre kartı devasa bir soğutucuya ihtiyaç duymaz. Buck anahtarının jonksiyon sıcaklığı, dağıtılan gücü ve kılıfı takip eder: 50 derece-bölü-watt sınıfındaki serbest hava termal direncine sahip bir TO-220, jonksiyonu yaklaşık 25 derece ortam sıcaklığı artı 1.25 çarpı 50, yani yaklaşık 87 derecede çalıştırır; bu 125 derecelik derecelendirmesinin içindedir ancak sıcaktır ve bir soğutucu veya kart bakırı bunu serin bir 40 dereceye indirir. Hesaplama her iki parça için de aynıdır ve ikisi arasındaki fark, ana başlıktan ziyade anahtarlama kaybı detayındadır.

Anahtarlama frekansı termal duruma kendi küçük terimini ekler ve işlenmiş rakam, bunun neden nadiren seçimi belirlediğini gösterir. 150 kilohertz'deki LM2596, 52 kilohertz'deki LM2576'dan üç kat daha sık geçiş yapar ve her geçiş anahtar ile diyotta küçük bir anahtarlama kaybı yakar; bu nedenle daha yüksek frekanslı parça aynı hat üzerinde biraz daha fazla anahtarlama kaybı taşır ve düşük yükteki verimlilik eğrileri farkı gösterebilir. Normal çalışma noktalarındaki büyüklük en fazla birkaç puandır ve veri sayfasının verimlilik eğrileri her giriş ve çıkıştaki gerçek değerleri belirtir, bu nedenle tasarımcı parçaları tek bir rakamla karşılaştırmak yerine çalışma noktasındaki eğriyi okur. Bu nedenle termal örnek hesaplama, seçimin başladığı yerde biter: frekans indüktöre, filtreye ve yerleşime karar verir; verimlilik ve ısı ise eğrileri ve kılıfı takip eder ve kılıfın termal kapasitesiyle kart üzerine sığan bir hat, veri sayfasının gösterdiği rakamlarla her iki parça tarafından da desteklenir. Örnek hesaplama, katalog metninin alıntıladığı "yüzde 80 sınıfı" ifadesinin arkasındaki rakamdır ve termal tasarımın kullandığı rakamdır.

Tezgahta Çıkış Dalgalanması ve Gürültüsünün Ölçülmesi

LM2596 veya LM2576'nın çıkış dalgalanmasını ve anahtarlama gürültüsünü ölçmek, filtre tasarımını doğrulayan bir tezgah prosedürüdür ve doğru ölçüm kurulumu sonucun yarısıdır. 10x prob ve kısa bir toprak ucu veya probun toprak yayına sahip bir osiloskop kullanın ve doğrudan çıkış kapasitörü üzerinden ölçüm yapın; çünkü uzun toprak ucu, ölçümün spesifikasyonla karıştırdığı döngü gürültüsünü toplar. Osiloskobu AC-kuplajlı olarak ayarlayın ve geniş bant gürültüsünü reddeden ve veri sayfasının belirttiği anahtarlama dalgalanmasını ortaya çıkaran 20-megahertz bant genişliği sınırını uygulayın. Okuma, anahtarlama frekansındaki dalgalanmayı gösterir; LM2596 için 150-kilohertz ve LM2576 için 52-kilohertz dalgalanma, iyi boyutlandırılmış bir filtre için onlarca milivolt genliktedir ve anahtarlama kenarlarındaki sıçramalar, bant genişliği sınırının kaldırdığı hızlı gürültüdür. Ölçüm, indüktör ve kapasitör tablosunun doğru boyutlandırıldığının onayıdır ve tasarımın yük testi yanında kaydettiği sayıdır.

Ölçüm ayrıca, filtrenin tutması gereken geçici rejim olan yük adımını da okur. Elektronik yük ile derecelendirmenin yüzde 20'sinden 80'ine kadar bir yük adımı uygulayın ve osiloskopta çıkışı, adımdaki düşüşü, toparlanmayı ve çınlamayı gözlemleyin ve sonucu veri sayfasının geçici tepkisiyle karşılaştırın. Daha büyük bir çıkış kapasitörü ve daha düşük ESR tepkiyi sıkılaştırır, uzun döngülü bir yerleşim ise onu gevşetir; bu nedenle yük adımı okuması, filtre ile yerleşim arasındaki arayüzdür. Aynı ölçüm sabit ve ayarlanabilir versiyonlarda da çalışır ve geri besleme bölücüsünün yerleşimi, ayar pininin topladığı ve ayar pinindeki baypas kapasitörünün düzelttiği gürültüde kendini gösterir. Dalgalanma ve yük adımı ölçümleri, filtre tasarımının tezgah tarafıdır ve osiloskopta temiz okunan bir konvertör, kartın veri sayfası değerlerini doğruladığı bir konvertördür; bu da seçim tablosunun başlattığı tasarım sürecinin tamamlanmasıdır.

Buck Konvertör Sorunlarını Giderme

Yeni bir kartta ortaya çıkan buck konvertör sorunları tutarlıdır ve sorun giderme kısa bir kontrol listesi üzerinden yürütülür. Çıkış regüle olmuyorsa, giriş voltajını parçanın minimum değeri ve dropout voltajına karşı kontrol edin, ayarlanabilir versiyonda geri besleme bölücü kablolamasını kontrol edin ve eksik veya yanlış yerleştirilmiş bir enable pinini kontrol edin; çünkü enable pini olmayan sabit bir parça sadece girişe ihtiyaç duyarken, ayarlanabilir parça bölücünün bağlanmasına ihtiyaç duyar. Çıkış salınım yapıyorsa veya kart vızlıyorsa, olağan şüpheliler doyuma ulaşan indüktör, veri sayfası penceresinin dışındaki çıkış kapasitörü ESR'si veya anahtarlamalı akımın uyardığı bir yerleşim döngüsüdür; çözüm ise daha yüksek doyum derecesine sahip daha büyük indüktör, doğru kapasitör ve sıkı döngüdür. Parça aşırı ısınıyorsa diyodu kontrol edin, yavaş bir doğrultucu toparlanma kaybı ekler, indüktörün AC direncini kontrol edin ve parçanın altındaki kart bakırını kontrol edin, çünkü termal yol derecelendirmenin bir parçasıdır. Çıkış, seramik kapasitör frekanslarında inliyorsa, çözüm veri sayfasının önerdiği yerleşim ve kapasitör değerleridir ve inleme, anahtarlama frekansında şarkı söyleyen piezoelektrik seramik veya indüktör çekirdeğidir. Sorun giderme listesi, tasarımın pratik sonudur ve bir tasarımcının her buck hattının ilk kartı için tuttuğu kontrol listesidir.

Ayarlanabilir Modül Versiyonu ve Tasarımı

Ayarlanabilir modül, çoğu mühendisin LM2596 ve LM2576 ile ilk tanıştığı yerdir ve modülün tasarımını anlamak, parçanın pratik dünyasını açıklar. Her yerde bulunan buck modülü, çıkışı ayarlayan bir trimmer veya sabit direnç bölücü, kart üzerindeki potansiyometre, bir giriş kapasitörü, bir çıkış kapasitörü, indüktör, diyot ve genellikle bir durum LED'i ile ayarlanabilir versiyon etrafında inşa edilmiştir; tüm bu montaj, datasheet üzerindeki ayarlanabilir uygulamanın fiziksel hale getirilmiş halidir. Modülün trimmerı, referans bölücü aracılığıyla çıkışı ayarlar ve trimmerın sabit dirençlerle değiştirildiği aynı devre üretim hattıdır; bu nedenle bir modül tasarımı doğrudan bir kart tasarımına dönüşür. Modül ayrıca her tasarımın ihtiyaç duyduğu parçaları, seçilen frekansa göre indüktörü, diyodu ve kapasitörleri gösterir; modülü okuyabilen bir tasarımcı kartı da okuyabilir. Modül parçanın girişidir ve datasheet onun tamamlayıcısıdır; bu kılavuzdaki uygulamalı örneğin izlediği yol da budur.

Modül versiyonu aynı zamanda her yapının devraldığı tasarım seçimlerini de taşır. Trimmer çıkışa tolerans ekler, bu nedenle modülün nominal voltajı yalnızca trimmer ve referans kadar doğrudur; bir üretim tasarımı ise trimmerı hassas sabit dirençlerle değiştirir. Modülün yerleşimi, datasheetin önerdiği kompakt döngüdür; modülün boyutu için bu kadar iyi performans göstermesinin nedeni budur ve modülün yerleşimini kopyalayan bir kart onun davranışını devralır. Durum LED'i ve trimmer, hattan küçük akımlar çeker ve modülün rapor edilen doğruluğu bunları görmezden gelir. Modül tasarımı pratik şablondur ve bu kılavuzdaki çalışma tablosu ile yerleşim notları şablonun arkasındaki analizdir; böylece bir modülle başlayıp üretim kartına geçen bir tasarımcı her iki yerde de aynı devreyi okur. Modül, LM2596 ve LM2576'nın tezgah üzerindeki yüzüdür ve bu kılavuzun tanımladığı tasarım, kart üzerine çizilen aynı yüzdür.

LM2596 vs LM2576: Eşdeğerler ve Değişimler

LM2596 vs LM2576 karşılaştırmasının değişim perspektifi, her iki seçeneğin de açtığı tedarik imkanlarıdır ve her iki parça için de görünüm aynıdır. Her ikisi de satıcıların ve yerli üreticilerin pin dizilimini yeniden ürettiği buck ailesinde yer alır; sabit, ayarlanabilir ve HV sınıfları bu aralığı kapsar, bu nedenle ikisinden birini seçen bir tasarım derin ve pin uyumlu bir kaynağa sahip olur. Değişim kalifikasyonu, herhangi bir ikame ile aynı disiplini yürütür: paketi ve pin dizilimini (TO-220 veya TO-263) onaylayın, frekansın parçanın kendisine ait olduğunu onaylayın; çünkü LM2596 ve LM2576, indüktör ve filtreyi değiştirmeden aynı pin diziliminde birbirinin yerine kullanılamaz; girişi ve çıkışı onaylayın ve yedek parçayı kart üzerinde yük ve sıcaklık boyunca test edin. Değişim, aile içinde pin uyumludur ve frekans farkı, 2576'yı 2596 ile veya tam tersi şekilde değiştiren bir tasarımcının, eski değerlerin geçerli olduğunu varsaymak yerine indüktörü ve filtreyi yeniden kontrol etmesi gerektiği anlamına gelir.

Karşılaştırma ayrıca bu iki parçayı çevreleyen kardeşleri de adlandırır, çünkü LM2596 ve LM2576 daha fazla üyeye sahip bir aileye aittir. LM2676, LM2673 ve ilgili SIMPLE SWITCHER parçaları, daha yeni senkron konvertörler ve yerli pin uyumlu buck regülatörlerinin tümü, aynı ve farklı frekanslarda aynı düşürücü rolü üstlenir; 2596 ve 2576 arasındaki seçim, daha geniş bir aile içindeki bir çifttir. LM2596 vs LM2576 karşılaştırmasını bu şekilde okuyan bir tasarımcı; frekansa, alana ve EMI bütçesine göre seçim yapar, seçilen parçayı ailenin derin tedarik zinciri üzerinden güvence altına alır ve frekans her değiştiğinde filtreyi yeniden kontrol eder; bu disiplin, hem şemanın hem de kartın kabul ettiği çalışma cevabıdır.