LM2596 vs LM2576: Nên Chọn Buck Converter Nào

LM2596 vs LM2576 là phép so sánh mà mọi người nghiệp dư và nhiều chuyên gia đều thực hiện khi cần một bộ điều chỉnh giảm áp xung, bởi vì hai linh kiện này là những bộ chuyển đổi buck phổ biến nhất trên bàn làm việc và trên vô số module nguồn có thể điều chỉnh được bán trực tuyến. LM2576 là bộ điều chỉnh giảm áp 3-amp gốc của SIMPLE SWITCHER, hoạt động ở tần số 52 kilohertz, và LM2596 là phiên bản kế nhiệm tần số cao hơn, cùng thiết kế giảm áp 3-amp nhưng chuyển mạch ở 150 kilohertz, và sự so sánh giữa hai linh kiện này thực chất là so sánh về tần số hơn là về chức năng. Cả hai linh kiện đều giảm áp từ một đầu vào rộng, lên tới khoảng 40 volt và 60 volt ở phiên bản HV, xuống một đầu ra thấp hơn, ở các điện áp cố định hoặc phiên bản có thể điều chỉnh được đặt bằng bộ chia điện trở, và cả hai đều thuộc họ linh kiện tương thích chân mà thị trường tái sản xuất. Hướng dẫn này so sánh hai linh kiện về tần số chuyển mạch, kích thước cuộn cảm và bộ lọc, hiệu suất và nhiệt, các tùy chọn đầu vào và đầu ra, cùng các ứng dụng, đồng thời đưa ra quy tắc chọn lựa giữa hai linh kiện, để đường ray buck chọn phiên bản gốc 52-kilohertz hoặc phiên bản kế nhiệm 150-kilohertz dựa trên bằng chứng.

Phép so sánh này cũng là lối vào để xem xét thay thế, bởi vì LM2596 và LM2576 thuộc một trong những họ bộ điều chỉnh chuyển mạch được tái sản xuất nhiều nhất trong điện tử. Cả hai linh kiện đều chia sẻ sơ đồ chân mà các nhà cung cấp và các nhà sản xuất trong nước tái tạo, và cả hai đều xuất hiện trên các module buck có thể điều chỉnh được phổ biến rộng rãi, vì vậy một thiết kế sử dụng bất kỳ linh kiện nào đều có nguồn cung ứng tương thích chân sâu. Hướng dẫn này bao gồm cả so sánh kỹ thuật và quan điểm tìm nguồn cung cùng nhau, và đánh giá hai linh kiện một cách trung thực: chúng là cùng một bộ chuyển đổi ở các tần số khác nhau, sự khác biệt về tần số quyết định lựa chọn cuộn cảm và bộ lọc, và phần còn lại của phép so sánh xuất phát từ thực tế đó. LM2596 và LM2576 là hai mặt cũ và mới của cùng một họ SIMPLE SWITCHER, và phép so sánh này phản ánh câu chuyện về tần số của họ linh kiện này.

LM2596 vs LM2576: Sự Khác Biệt Cốt Lõi

Sự khác biệt cốt lõi giữa LM2596 và LM2576 là tần số chuyển mạch, và mọi khác biệt thực tế trong phép so sánh đều bắt nguồn từ đó. LM2576 chuyển mạch ở 52 kilohertz, tần số của thiết kế SIMPLE SWITCHER gốc của nó, và LM2596 chuyển mạch ở 150 kilohertz, gần như cao gấp ba lần, và tần số quyết định kích thước của cuộn cảm, bộ lọc đầu ra, và độ gợn sóng mà bộ chuyển đổi tạo ra. Tần số chuyển mạch cao hơn chuyển mạch cuộn cảm nhanh hơn, điều này cho phép bộ chuyển đổi buck sử dụng cuộn cảm nhỏ hơn và tụ điện đầu ra nhỏ hơn trong khi vẫn duy trì cùng độ gợn sóng đầu ra, vì vậy LM2596 xây dựng đường ray nhỏ hơn, profile thấp hơn so với LM2576 cho cùng một đầu ra. Tần số cao hơn cũng chuyển nhiễu chuyển mạch sang dải tần cao hơn, dễ lọc hơn ở đầu ra và khó lọc hơn ở đầu vào EMI, vì vậy lựa chọn tần số là sự đánh đổi về kích thước và EMI. Sự khác biệt cốt lõi là tần số, và phép so sánh này xem xét các hệ quả của tần số, cuộn cảm, độ gợn sóng, hiệu suất và EMI, xuyên suốt phần còn lại của hướng dẫn.

Hai linh kiện này cũng chia sẻ thiết kế khiến chúng là anh em, bởi vì LM2596 là linh kiện kế nhiệm của LM2576 chứ không phải một bộ chuyển đổi khác. Cả hai đều là bộ điều chỉnh buck kiểu gốc có công tắc nội bộ và bộ dao động nội bộ, cả hai đều cung cấp 3 amp, cả hai đều giảm áp từ đầu vào làm việc lên tới khoảng 40 volt, cả hai đều hỗ trợ đầu ra cố định và chế độ có thể điều chỉnh với bộ chia điện trở bên ngoài, và cả hai đều mang bảo vệ giới hạn dòng và ngắt nhiệt. Việc chia sẻ thiết kế có nghĩa là một nhà thiết kế biết linh kiện này sẽ biết linh kiện kia, và phép so sánh giữa chúng là sự đánh đổi về tần số thay vì là cuộc tranh tài về khả năng. LM2596 không làm được điều gì mà LM2576 không thể, nó chỉ làm điều đó ở tần số cao hơn, và phép so sánh này tôn trọng mối quan hệ đó bằng cách xem tần số như trục quyết định.

Cách tần số chuyển mạch thay đổi bộ chuyển đổi

Tần số chuyển mạch thay đổi bộ chuyển đổi ở những phần nhỏ nhất của nó, cuộn cảm và tụ điện đầu ra. Bộ chuyển đổi buck lưu trữ năng lượng trong cuộn cảm trong thời gian bật công tắc và giải phóng nó trong thời gian tắt công tắc, và tần số cao hơn có nghĩa là chu kỳ ngắn hơn và ít năng lượng được lưu trữ hơn trên mỗi chu kỳ, vì vậy điện cảm và kích thước vật lý của cuộn cảm giảm cho cùng dòng đầu ra và độ gợn sóng. LM2596 ở 150 kilohertz thường kết hợp với cuộn cảm có điện cảm hàng chục microhenry và tụ điện đầu ra nhỏ, trong khi LM2576 ở 52 kilohertz kết hợp với cuộn cảm lớn hơn, thường từ một trăm microhenry trở lên, và tụ điện lớn hơn, cho cùng một đường ray. Tần số cũng định hình độ gợn sóng đầu ra ở cùng các giá trị, bởi vì tần số cao hơn trải rộng các xung sạc và cho phép bộ lọc làm mịn các biên độ nhỏ hơn. Nhà thiết kế đọc tần số sẽ biết cuộn cảm và tụ điện mà mạch cần, và thực tế đơn lẻ đó là lý do LM2596 tạo ra đường ray nhỏ hơn.

Cuộn cảm và Bộ lọc đầu ra: LM2596 so với LM2576

Cuộn cảm là bộ phận khiến bo mạch LM2596 và LM2576 trông khác nhau, và việc so sánh bộ lọc chính là so sánh tần số được thể hiện thành vật lý. Một thiết kế buck LM2596 ở 150 kilohertz sử dụng cuộn cảm có giá trị hàng chục microhenry, thường là loại trụ nhỏ có che chắn, và tụ điện đầu ra lọc gợn sóng 150-kilohertz xuống mức yêu cầu, toàn bộ rail vừa trong một kích thước nhỏ gọn. Một thiết kế buck LM2576 ở 52 kilohertz sử dụng cuộn cảm lớn hơn, thường từ một trăm microhenry trở lên, và tụ điện đầu ra lớn hơn, rail chiếm diện tích bo mạch và chiều cao nhiều hơn. Sự đánh đổi là món quà và cái giá của tần số: LM2596 tiết kiệm không gian bo mạch nhưng chuyển mạch nhiễu ở tần số cao hơn, và LM2576 dùng không gian bo mạch nhưng chuyển mạch nhiễu ở tần số thấp hơn. Việc lựa chọn đọc ngân sách không gian bo mạch và ngân sách nhiễu cùng nhau, bởi vì bộ lọc mà tần số bắt buộc chính là sự khác biệt vật lý giữa hai rail.

Bộ lọc đầu vào và layout đi theo câu chuyện tần số tương tự, bởi vì dòng chuyển mạch của bộ chuyển đổi buck là nguồn nhiễu trên cả đầu vào và đầu ra. LM2596 tần số cao hơn cần tụ điện đầu vào gần linh kiện và layout giữ vòng chuyển mạch gọn gàng, trong khi LM2576 tần số thấp hơn dễ tha thứ hơn với layout và dây dẫn dài, đó là một phần lý do linh kiện cũ vẫn tồn tại trong thế giới hobby. Gợn sóng ở đầu ra là cùng một mục tiêu thiết kế, được đặt bởi giá trị cuộn cảm và tụ điện ở mỗi tần số, và thiết kế cần rail yên tĩnh sẽ định cỡ bộ lọc ở tần số riêng và thêm bộ lọc sau nơi ngân sách gợn sóng yêu cầu. Việc so sánh bộ lọc là phần thân của sự khác biệt tần số, và nhà thiết kế đọc cuộn cảm, tụ điện, và layout mà tần số bắt buộc trước khi chọn giữa các linh kiện.

Cách định cỡ cuộn cảm cho từng linh kiện

Việc định cỡ cuộn cảm cho từng linh kiện tuân theo bảng của datasheet và tần số. LM2576 ở 52 kilohertz ghép nối với điện cảm lớn hơn mà datasheet chọn theo điện áp đầu vào, điện áp đầu ra và dòng điện, thường là giá trị xấp xỉ hoặc trên một trăm microhenry cho rail 3-amp, và định mức dòng bão hòa trên dòng chuyển mạch đỉnh. LM2596 ở 150 kilohertz ghép nối với điện cảm nhỏ hơn, thường trong khoảng hàng chục microhenry cho cùng rail đó, và cùng định mức dòng đỉnh trên linh kiện có kích thước vật lý nhỏ hơn. Datasheet chọn số phần, loại lõi, và dây quấn, và nhà thiết kế đọc bảng tại điểm hoạt động thay vì đoán giá trị. Kích thước cuộn cảm là hệ quả trực tiếp của tần số, và đó là lý do bo mạch LM2596 nhỏ hơn, đó là sự khác biệt dễ thấy nhất của phép so sánh này.

Hiệu suất, Nhiệt và Hiệu năng: LM2596 so với LM2576

Hiệu suất của LM2596 và LM2576 là cùng câu chuyện dòng sản phẩm, hiệu suất buck cổ điển loại 80 phần trăm được giữ xuyên suốt phần lớn dải hoạt động, với những khác biệt mà điểm hoạt động và tổn hao chuyển mạch mang lại. LM2596 tần số cao hơn thêm một lượng nhỏ tổn hao chuyển mạch ở van và diode, và LM2576 tần số thấp hơn mang theo tổn hao cuộn cảm lớn hơn, và hiệu suất ròng ở cùng đầu ra gần nhau, với các đường cong datasheet cho thấy các giá trị thực tế ở mỗi đầu vào và đầu ra. Nhiệt theo hiệu suất và dòng điện: một buck 3-amp từ đầu vào 12 volt xuống 5 volt giảm một nửa công suất mà phiên bản tuyến tính sẽ đốt, và công suất còn lại được tản qua vỏ, chân TO-220, hoặc pad TO-263 và đồng bo mạch. Việc so sánh hiệu suất và nhiệt là so sánh các giá trị gần nhau và vỏ chung, và việc lựa chọn giữa hai linh kiện không phải do hiệu suất quyết định, nó được quyết định bởi tần số và không gian mà các phần trước của hướng dẫn này đã đọc.

Hiệu năng cũng mang theo đáp ứng và bảo vệ mà cả hai linh kiện chia sẻ, bởi vì đặc tính của dòng là sự đơn giản của SIMPLE SWITCHER. Cả hai linh kiện chỉ cần cuộn cảm, diode, tụ điện, và mạch phản hồi, không cần bù ngoài, bởi vì bù trong được thiết kế cho tần số cố định, và cả hai đều mang giới hạn dòng và ngắt nhiệt bảo vệ linh kiện và tải. Khởi động, khởi động mềm, và đáp ứng bước tải khác nhau ở chi tiết, và các đường cong datasheet cho thấy hành vi, nhưng không linh kiện nào là bộ chuyển đổi đáp ứng nhanh, nhiều tính năng của các dòng mới hơn. Việc so sánh hiệu năng là ranh giới chung của dòng, và sự ưa thích cho hai linh kiện là sự ưa thích về tần số và không gian thay vì về khả năng. Hiệu suất và nhiệt là những con số thành thật của dòng, và tần số là yếu tố phân biệt của dòng.

Cách tổn hao chuyển mạch thay đổi theo tần số

Tổn hao chuyển mạch là năng lượng bị mất mỗi lần van chuyển bật và tắt, và nó tỷ lệ với tần số bởi vì tần số cao hơn nhân số lần chuyển trạng thái. LM2596 ở 150 kilohertz chuyển trạng thái ba lần thường xuyên hơn so với LM2576 ở 52 kilohertz, vì vậy van và diode ở tần số cao hơn mang phần tổn hao chuyển mạch lớn hơn, tất cả các yếu tố khác bằng nhau, và các đường cong hiệu suất ở tải nhẹ có thể cho thấy sự khác biệt. Độ lớn thực tế phụ thuộc vào thời gian tăng và giảm của van, thời gian phục hồi của diode, và điện trở xoay chiều của cuộn cảm, và ở các điểm hoạt động 3-amp bình thường hai linh kiện gần nhau, với linh kiện tần số thấp hơn thường hiệu quả hơn một chút ở tải nặng và linh kiện tần số cao hơn giữ ưu thế trong các giải pháp lọc nhỏ. Nhà thiết kế đọc các đường cong hiệu suất ở đầu vào và đầu ra cụ thể, thay vì so sánh hai linh kiện bằng một con số duy nhất, và kết luận thành thật là tần số quyết định kích thước và EMI, và hiệu suất đi theo các đường cong thay vì số phần.

Dải Đầu Vào, Tùy Chọn Đầu Ra và Bảo Vệ: LM2596 so với LM2576

Dải đầu vào và các tùy chọn đầu ra của hai IC này là giống nhau, bởi vì cùng dòng sản phẩm chia sẻ thông số kỹ thuật, và bảng so sánh xem chúng là điểm chung thay vì sự khác biệt. Cả hai đều hạ áp từ đầu vào hoạt động lên đến khoảng 40 volt ở phiên bản tiêu chuẩn và khoảng 60 volt ở phiên bản HV, cả hai đều cung cấp đầu ra ở các phiên bản cố định 3.3, 5, 12 và 15 volt trong dòng cổ điển, hoặc ở phiên bản điều chỉnh có đầu ra được đặt bằng bộ chia điện trở ngoài, và cả hai đều điều chỉnh đầu ra với độ chính xác của dòng sản phẩm cùng các đặc tính tải và đường dây mà datasheet ghi rõ. Thông số đầu vào và đầu ra chung có nghĩa là thiết kế chạy LM2576 có thể chạy LM2596 ở cùng đầu vào và đầu ra, bởi vì các con số khớp nhau, và tần số là điểm khác biệt duy nhất mà board nhìn thấy. Bảo vệ, giới hạn dòng và tắt nhiệt, cũng được chia sẻ, và bộ lọc đầu vào cùng bảo vệ ngược và bảo vệ xung mà datasheet khuyến nghị áp dụng cho cả hai. Mass chung là lý do khiến so sánh này là quyết định tần số thay vì quyết định khả năng.

Phiên bản HV xứng đáng được đọc riêng, bởi vì đây là biến thể mở rộng phạm vi của dòng sản phẩm. LM2576HV và LM2596HV chấp nhận đầu vào lên đến khoảng 60 volt, phục vụ bus công nghiệp 48 volt và viễn thông, và các IC HV mang cùng sự khác biệt tần số như các IC tiêu chuẩn, LM2576HV 52-kilohertz và LM2596HV 150-kilohertz. Nhà thiết kế làm việc với đầu vào cao hơn đọc phiên bản HV và cùng sự đánh đổi tần số cuộn cảm-và-bộ lọc, và quy tắc so sánh áp dụng xuyên suốt các phiên bản. Các tùy chọn đầu vào và đầu ra là phạm vi chung của dòng sản phẩm, và phiên bản HV mở rộng phạm vi đó, và so sánh hai IC này vẫn giữ nguyên ở mọi phiên bản bởi vì sự khác biệt tần số là hằng số. Phần chung và phạm vi chung giữ cho so sánh rõ ràng, và tần số vẫn là trục của sự lựa chọn.

Đầu ra cố định so với điều chỉnh trong dòng buck

Đầu ra cố định so với điều chỉnh trong dòng buck tuân theo cùng quy tắc mà các dòng điều chỉnh khác sử dụng. Chọn IC cố định, LM2576-5.0 hoặc LM2596-5.0, khi rail là điện áp tiêu chuẩn và thiết kế muốn đầu ra chính xác mà không có bộ chia ngoài, và chọn IC điều chỉnh khi rail là giá trị không tiêu chuẩn hoặc cùng một board phải phục vụ nhiều đầu ra bằng cách thay đổi điện trở. Cả phiên bản cố định và điều chỉnh đều mang cùng sự khác biệt tần số giữa LM2596 và LM2576, vì vậy lựa chọn cố định-so-với-điều chỉnh độc lập với lựa chọn tần số, và nhà thiết kế chọn kiến trúc đầu ra và tần số riêng biệt. Buck điều chỉnh là phiên bản đằng sau các module phổ biến, và buck cố định là rail sản xuất, và so sánh bao gồm cả hai theo cùng quy tắc tần số.

Khi Nào Chọn LM2596

Chọn LM2596 khi không gian và chiều cao của board có ý nghĩa, bởi vì tần số 150-kilohertz cho phép rail sử dụng cuộn cảm nhỏ hơn và bộ lọc đầu ra nhỏ hơn, và giải pháp profile thấp là lý do tồn tại của LM2596. Chọn nó khi thiết kế ưa thích rail hiện đại, nhỏ gọn hơn, khi board đặc và mỗi milimet khối đều quan trọng, và khi EMI tần số cao hơn một chút có thể được kiểm soát bằng bố trí và lọc đầu vào mà tần số cao hơn đòi hỏi. Chọn LM2596 cho các build mới hơn, thiết kế module, và các board nơi cuộn cảm nhỏ hơn là lợi thế quyết định, bởi vì tần số mang lại là không gian tiết kiệm được. LM2596 là câu trả lời cho rail nhỏ gọn, và quy tắc so sánh là để IC mới hơn sở hữu buck bị giới hạn không gian.

Lựa chọn 2596 cũng xem xét hệ sinh thái, bởi vì LM2596 và các module của nó là tiêu chuẩn trên bàn làm việc, và các linh kiện và cộng đồng xung quanh các module điều chỉnh rất rộng lớn. Một prototype sử dụng module LM2596 dễ dàng chuyển đổi sang LM2596 sản xuất trên board, và các phiên bản cố định cùng điều chỉnh và phiên bản HV bao phủ toàn bộ phạm vi, vì vậy thiết kế chuẩn hóa trên LM2596 có nguồn cung sâu và thực tế. Quan điểm thay thế vẫn đúng bởi vì sơ đồ chân được chuẩn hóa trên các nhà cung cấp và linh kiện trong nước, và nguồn cung dồi dào bởi vì linh kiện này là kinh điển trên bàn làm việc. Câu chuyện của LM2596 là bộ chuyển đổi nhỏ gọn và hệ sinh thái module, và quan điểm của hướng dẫn phù hợp, đúng tần số, bộ lọc nhỏ, và dòng sản phẩm sâu.

Khi Nào Chọn LM2576

Chọn LM2576 khi bo mạch có đủ không gian và thiết kế ưu tiên tần số chuyển mạch thấp hơn, bởi vì rail 52-kilohertz chuyển nhiễu ở dải thấp hơn, dễ tha thứ hơn cho layout và các chân dẫn dài, phù hợp với các bo mạch mật độ thấp và thiết kế cải tạo. Chọn nó khi thiết kế vận hành tải mà tổn hao chuyển mạch của bộ chuyển đổi tần số thấp hơn một chút, và khi cuộn cảm lớn hơn được chấp nhận để đổi lấy EMI tần số thấp hơn mà thiết kế của linh kiện cũ mang lại. Chọn LM2576 cho các bo mạch đã sử dụng nó, các thiết kế trưởng thành, và các ứng dụng mà nhiễu tần số ở dải cao hơn sẽ làm phức tạp hóa việc lọc, bởi vì linh kiện cũ đánh đổi không gian mà nó tiêu tốn. LM2576 là câu trả lời cho rail tha thứ không gian và EMI tần số thấp, và quy tắc so sánh là để linh kiện gốc sở hữu buck layout-yên tĩnh.

Lựa chọn 2576 cũng đọc được di sản của dòng sản phẩm, bởi vì LM2576 là sản phẩm SIMPLE SWITCHER nguyên bản mà ngành công nghiệp đã sản xuất và phục vụ trong nhiều thập kỷ. Datasheet đã trưởng thành, các APPnote rất phong phú, cộng đồng biết rõ linh kiện này, và linh kiện cùng các module của nó có sẵn hàng ở khắp nơi, vì vậy thiết kế chọn LM2576 thừa hưởng nguồn cung sâu và có tài liệu đầy đủ. Quan điểm thay thế giữ nguyên cùng sơ đồ chân và cùng package, và việc tìm nguồn cung trải rộng qua các nhà cung cấp và linh kiện nội địa. LM2576 là gương mặt cũ của dòng sản phẩm, và câu chuyện của nó là rail đã được chứng minh và tài liệu sâu, và hướng dẫn này coi nó là một lựa chọn thực sự chứ không phải là ứng viên lỗi thời, bởi vì sự đánh đổi không gian và nhiễu là một quyết định kỹ thuật hợp lệ.

Cách Thiết Kế Bộ Chuyển Đổi Buck Xung Quanh Các Linh Kiện Này

Thiết kế bộ chuyển đổi buck xung quanh LM2596 hoặc LM2576 là một bài toán chọn linh kiện nhỏ, và ví dụ đã làm cho sự khác biệt giữa hai linh kiện trở nên cụ thể. Lấy rail phổ biến: đầu vào 12 volt, đầu ra 5 volt, và tải 1 amp. Lựa chọn đầu tiên là diode, phải là loại phục hồi nhanh hoặc Schottky được định mức cho điện áp đầu vào cộng một biên độ an toàn và cho dòng thuận trung bình, bởi vì diode dẫn trong thời gian công tắc tắt khi cuộn cảm freewheels, và diode chậm đốt cháy nhiều hiệu suất hơn và nóng hơn. Lựa chọn thứ hai là cuộn cảm, và ở đây hai linh kiện phân tách: bảng chọn cuộn cảm trong datasheet cung cấp giá trị theo điện áp đầu vào, điện áp đầu ra, và dòng điện, và cho rail 12 volt sang 5 volt, 1 amp thì LM2596 ở 150 kilohertz thường chọn cuộn cảm thuộc loại 33 microhenry với định mức dòng bão hòa trên dòng công tắc đỉnh, trong khi LM2576 ở 52 kilohertz chọn giá trị thuộc loại 100 microhenry cho cùng rail đó. Lựa chọn thứ ba là tụ đầu ra, mà datasheet kích thước theo gợn sóng đầu ra và độ ổn định, một linh kiện ESR thấp thuộc loại 220 microfarad cho LM2596 và một tụ lớn hơn thuộc loại 330 microfarad cho LM2576, với ESR thấp và định mức dòng gợn sóng được đọc so với tải. Lựa chọn thứ tư là tụ đầu vào, một tụ điện phân loại 100 microfarad đặt gần linh kiện để xử lý dòng đầu vào được chuyển mạch. Phản hồi là cuối cùng: các phiên bản cố định không cần bộ chia, và các phiên bản có thể điều chỉnh đặt đầu ra bằng hai điện trở sử dụng tham chiếu của dòng sản phẩm, và dung sai của bộ chia tham gia vào dung sai đầu ra.

Ví dụ đã làm cũng đọc được layout, bởi vì dòng chuyển mạch của bộ chuyển đổi buck là một nguồn nhiễu mà layout thuần hóa hoặc phóng thích. Giữ vòng chuyển mạch chặt chẽ, tụ đầu vào, công tắc, diode, và cuộn cảm, trong vòng nhỏ nhất, bởi vì diện tích vòng lặp là antenna cho nhiễu mà bộ lọc đầu vào và đầu ra sau đó không thể bắt hoàn toàn. Đặt linh kiện, diode, và cuộn cảm gần nhau, và trace phản hồi tránh xa nút chuyển mạch, để tham chiếu không thu nhiễu chuyển mạch. Kỷ luật layout là sự khác biệt giữa bộ chuyển đổi hoạt động trên bàn thử nghiệm và cái vượt qua kiểm tra EMI, và nó là cùng một kỷ luật ở mọi tần số. LM2596 150-kilohertz cần layout chặt chẽ hơn và tụ đầu vào gần hơn, và LM2576 52-kilohertz tha thứ hơn, đó là hệ quả vật lý của tần số được lặp lại ở cấp độ bo mạch. Thiết kế tuân theo hướng dẫn layout của datasheet xây dựng rail mà các nhà sản xuất module đã chứng minh, đó là hoàn thành thực tế của việc chọn linh kiện.

Bảng chọn cuộn cảm và tụ điện đã làm

Bảng chọn đã làm làm cho thiết kế trở nên cụ thể, và nó là bảng mà những người xây dựng module thực tế sử dụng. Cho đầu vào 12 volt và đầu ra 5 volt, 1 amp: LM2596 chọn cuộn cảm gần 33 microhenries, tụ đầu ra ESR thấp gần 220 microfarads, diode Schottky định mức gần 40 volt và cho dòng trung bình 1 amp, và tụ đầu vào gần 100 microfarads; LM2576 chọn cuộn cảm gần 100 microhenries, tụ đầu ra gần 330 microfarads, cùng loại diode, và cùng tụ đầu vào. Các giá trị đến từ bảng chọn của datasheet, và nhà thiết kế đọc chúng ở điểm vận hành chứ không phải từ trí nhớ, bởi vì bảng tính đến điện áp đầu vào, gợn sóng, và ổn định mà một con số duy nhất không thể. Dòng bão hòa của cuộn cảm là kiểm tra mà bảng bỏ qua: dòng công tắc đỉnh, trung bình cộng một nửa gợn sóng, phải nằm dưới định mức bão hòa của cuộn cảm, hoặc cuộn cảm bão hòa, điện cảm sụp đổ, và bộ chuyển đổi mất hiệu suất và điều chỉnh. Dòng gợn sóng của tụ là kiểm tra thứ hai, bởi vì dòng chuyển mạch qua vỏ nhỏ làm nó quá nóng, và ESR thấp cùng với định mức dòng gợn sóng được đọc cùng nhau. Bảng biến datasheet thành thiết kế, và thiết kế biến LM2596 hoặc LM2576 thành một rail hoạt động.

Hiệu Suất và Nhiệt: Tính Toán Cụ Thể Cho LM2596 và LM2576

Hiệu suất và hành vi nhiệt của họ buck được thể hiện rõ nhất qua một phép tính cụ thể, và các con số là bức tranh trung thực nhất của phép so sánh. Lấy rail 12-volt-to-5-volt, 1-amp: công suất đầu ra là 5 watt, và với hiệu suất điển hình của họ vào khoảng 80 phần trăm, công suất đầu vào là công suất đầu ra chia cho hiệu suất, khoảng 6.25 watt, do đó bộ chuyển đổi tiêu tán phần chênh lệch, khoảng 1.25 watt, qua switch, diode và cuộn cảm. So sánh điều đó với bộ điều chỉnh tuyến tính trên cùng rail, tiêu tán hiệu suất bằng chênh lệch đầu vào trừ đầu ra nhân với dòng điện, khoảng 7 watt, và 1.25 watt của buck chính là lý do bộ điều chỉnh switching tồn tại, nhiệt chỉ bằng một phần của bộ tuyến tính, và board không cần tản nhiệt khổng lồ. Nhiệt độ tiếp giáp của switch buck tuân theo công suất tiêu tán và package: TO-220 với điện trở nhiệt trong điều kiện không khí tự nhiên ở mức 50 độ trên watt khiến tiếp giáp ở khoảng 25 độ môi trường cộng 1.25 nhân 50, khoảng 87 độ, nằm trong giới hạn 125 độ nhưng khá nóng, và tản nhiệt hoặc đồng trên board đưa nó xuống mức mát 40 độ. Phép tính giống nhau cho cả hai linh kiện, và sự khác biệt giữa hai linh kiện nằm ở chi tiết tổn hao chuyển mạch hơn là con số chính.

Tần số chuyển mạch thêm vào một thành phần nhỏ cho nhiệt, và con số tính toán cho thấy tại sao nó hiếm khi quyết định lựa chọn. LM2596 ở 150 kilohertz chuyển trạng thái nhiều gấp ba lần so với LM2576 ở 52 kilohertz, và mỗi lần chuyển trạng thái đốt một tổn hao chuyển mạch nhỏ trong switch và diode, do đó linh kiện tần số cao hơn mang một chút tổn hao chuyển mạch lớn hơn trên cùng rail, và các đường cong hiệu suất ở tải nhẹ có thể thể hiện sự khác biệt. Độ lớn ở các điểm vận hành bình thường chỉ vài phần trăm, và các đường cong hiệu suất trong datasheet nêu các giá trị thực tế ở mỗi đầu vào và đầu ra, do đó nhà thiết kế đọc đường cong tại điểm vận hành thay vì so sánh các linh kiện bằng một con số duy nhất. Vì vậy, phép tính nhiệt cụ thể kết thúc ở nơi lựa chọn bắt đầu: tần số quyết định cuộn cảm, bộ lọc và layout, và hiệu suất cùng nhiệt đi theo các đường cong và package, và một rail phù hợp trên board ở khả năng nhiệt của package được phục vụ bởi bất kỳ linh kiện nào với các số datasheet hiển thị. Phép tính cụ thể là con số đằng sau "loại 80 phần trăm" mà bản copy catalog trích dẫn, và đó là con số mà thiết kế nhiệt sử dụng.

Đo Gợn Sóng và Nhiễu Đầu Ra Trên Bàn Thí Nghiệm

Đo gợn sóng đầu ra và nhiễu switching của LM2596 hoặc LM2576 là quy trình trên bàn thí nghiệm xác nhận thiết kế bộ lọc, và thiết lập đo đúng là nửa kết quả. Sử dụng dao động ký với que đo 10x và dây mass ngắn, hoặc lò xo mass của que đo, và đo trực tiếp qua tụ đầu ra, vì dây mass dài thu nhận nhiễu vòng lặp mà phép đo nhầm lẫn với spec. Đặt scope ở chế độ AC-coupled và áp dụng giới hạn băng thông 20 megahertz, loại bỏ nhiễu broadband và hiển thị gợn sóng switching mà datasheet quy định. Kết quả đọc cho thấy gợn sóng ở tần số chuyển mạch, gợn sóng 150-kilohertz cho LM2596 và 52-kilohertz cho LM2576, với biên độ trong khoảng hàng chục millivolt cho bộ lọc được thiết kế phù hợp, và các xung ở cạnh switching là nhiễu nhanh mà giới hạn băng thông loại bỏ. Phép đo là sự xác nhận rằng bảng cuộn cảm và tụ đã được định kích thước đúng, và đó là con số mà thiết kế ghi lại bên cạnh thử nghiệm tải.

Phép đo cũng đọc bước tải, đó là quá độ mà bộ lọc phải giữ. Áp dụng bước tải từ 20 đến 80 phần trăm công suất định mức với tải điện tử, và quan sát đầu ra trên scope, độ suy giảm tại bước và phục hồi cùng ringing, và so sánh kết quả với đáp ứng quá độ của datasheet. Tụ đầu ra lớn hơn và ESR thấp hơn làm chặt đáp ứng, và layout có vòng lặp dài làm lỏng nó, do đó đọc bước tải là giao diện giữa bộ lọc và layout. Phép đo tương tự chạy trên phiên bản cố định và điều chỉnh, và layout bộ chia feedback thể hiện trong nhiễu mà chân adjust thu nhận, được khắc phục bởi tụ bypass trên chân adjust. Các phép đo gợn sóng và bước tải là nửa bàn thí nghiệm của thiết kế bộ lọc, và bộ chuyển đổi đọc sạch trên scope là bộ chuyển đổi mà các giá trị datasheet đã được board xác nhận, đó là hoàn thành quy trình thiết kế mà bảng lựa chọn đã bắt đầu.

Xử lý sự cố vấn đề bộ chuyển đổi Buck

Các vấn đề về bộ chuyển đổi buck xuất hiện trên bo mới thường giống nhau, và quy trình xử lý sự cố chạy theo một danh sách ngắn các bước kiểm tra. Nếu đầu ra không điều chỉnh, hãy kiểm tra điện áp đầu vào so với mức tối thiểu và dropout của linh kiện, kiểm tra đấu dây bộ chia feedback ở phiên bản có thể điều chỉnh, và kiểm tra chân enable bị thiếu hoặc đặt sai vị trí, bởi vì linh kiện cố định không có enable chỉ cần đầu vào, trong khi linh kiện có thể điều chỉnh cần bộ chia feedback để hoạt động. Nếu đầu ra dao động hoặc bo kêu, các nghi phạm thường gặp là cuộn cảm đạt đến bão hòa, ESR của tụ đầu ra nằm ngoài phạm vi datasheet, hoặc vòng layout kích hoạt dòng chuyển mạch, và cách khắc phục là sử dụng cuộn cảm lớn hơn có định mức bão hòa cao hơn, tụ đúng, và vòng cuộn dây chặt chẽ. Nếu linh kiện nóng quá, hãy kiểm tra diode, diode chỉnh lưu chậm làm tăng tổn thất phục hồi, kiểm tra điện trở AC của cuộn cảm, và kiểm tra đồng trên bo dưới linh kiện, bởi vì đường dẫn nhiệt là một phần của định mức. Nếu đầu ra kêu ở tần số tụ gốm, cách khắc phục là layout và giá trị tụ mà datasheet khuyến nghị, và tiếng kêu là do hiệu ứng áp điện của tụ gốm hoặc lõi cuộn cảm rung ở tần số chuyển mạch. Danh sách xử lý sự cố là phần kết thúc thực tế cho quá trình thiết kế, và đó là danh sách kiểm tra mà nhà thiết kế giữ cho bo đầu tiên của mỗi đường rail buck.

Phiên bản Module có thể điều chỉnh và Thiết kế của nó

Module có thể điều chỉnh là nơi hầu hết kỹ sư lần đầu tiên tiếp xúc với LM2596 và LM2576, và hiểu thiết kế của module giải thích thế giới thực tế của linh kiện. Module buck phổ biến được xây dựng xung quanh phiên bản có thể điều chỉnh, với bộ trimmer hoặc bộ chia điện trở cố định đặt đầu ra, biến trở trên bo cho núm điều chỉnh, tụ đầu vào, tụ đầu ra, cuộn cảm, diode, và thường có LED trạng thái, và toàn bộ lắp ráp là ứng dụng có thể điều chỉnh từ datasheet được làm thực. Bộ trimmer của module đặt đầu ra thông qua bộ chia tham chiếu, và cùng một mạch với trimmer được thay bằng điện trở cố định là đường rail sản xuất, đó là lý do tại sao thiết kế module dịch trực tiếp sang thiết kế bo. Module cũng cho thấy các linh kiện mà mỗi thiết kế cần, cuộn cảm được chọn theo tần số, diode, và các tụ, và nhà thiết kế đọc module có thể đọc bo. Module là lần giới thiệu về linh kiện, và datasheet là phần hoàn thiện, đó là con đường mà ví dụ thực tế trong hướng dẫn này theo.

Phiên bản module cũng mang theo các lựa chọn thiết kế mà mọi bản dựng đều kế thừa. Bộ trimmer thêm vào dung sai cho đầu ra, vì vậy điện áp danh nghĩa của module chỉ chính xác như trimmer và tham chiếu, và thiết kế sản xuất thay trimmer bằng điện trở cố định chính xác. Layout của module là vòng cuộn dây nhỏ gọn mà datasheet khuyến nghị, đó là lý do tại sao module hoạt động tốt như vậy cho kích thước của nó, và bo nào sao chép layout của module sẽ thừa hưởng hành vi của nó. LED trạng thái và trimmer rút dòng nhỏ từ rail, và độ chính xác được báo cáo của module bỏ qua chúng. Thiết kế module là khuôn mẫu thực tế, và bảng tính và ghi chú layout trong hướng dẫn này là phân tích đằng sau khuôn mẫu, vì vậy nhà thiết kế bắt đầu với module và chuyển sang bo sản xuất đọc cùng một mạch ở cả hai nơi. Module là giao diện làm việc của LM2596 và LM2576, và thiết kế mà hướng dẫn này mô tả là cùng một giao diện được vẽ trên bo.

LM2596 vs LM2576: Các linh kiện tương đương và thay thế

Góc nhìn thay thế của so sánh lm2596 so với lm2576 là việc tìm nguồn cung mà cả hai lựa chọn đều mở ra, và đó là cùng một góc nhìn cho cả hai linh kiện. Cả hai đều nằm trong họ buck mà các nhà cung cấp và nhà sản xuất trong nước sao chép pinout, và các phiên bản cố định, có thể điều chỉnh, và HV bao phủ phạm vi, vì vậy thiết kế chọn linh kiện nào cũng có nguồn cung sâu, tương thích chân. Việc xác nhận thay thế tuân theo cùng một nguyên tắc như bất kỳ sự thay thế nào: xác nhận package và pinout, TO-220 hoặc TO-263, xác nhận tần số là của linh kiện đó, bởi vì LM2596 và LM2576 không thể thay thế cho nhau ở cùng pinout mà không thay đổi cuộn cảm và bộ lọc, xác nhận đầu vào và đầu ra, và kiểm tra linh kiện thay thế trên bo qua tải và nhiệt độ. Việc thay thế tương thích chân trong họ, và sự khác biệt về tần số có nghĩa là nhà thiết kế hoán đổi 2576 cho 2596, hoặc ngược lại, cần kiểm tra lại cuộn cảm và bộ lọc thay vì giả định các giá trị cũ vẫn áp dụng được.

So sánh này cũng đề cập đến các linh kiện liên quan xung quanh hai linh kiện chính, bởi vì LM2596 và LM2576 thuộc một họ với nhiều thành viên hơn. LM2676 và LM2673 và các linh kiện SIMPLE SWITCHER liên quan, các bộ chuyển đổi đồng bộ thế hệ mới hơn, và các bộ điều chỉnh buck tương thích chân trong nước đều phục vụ cùng vai trò giảm áp ở các tần số giống và khác nhau, và việc lựa chọn giữa 2596 và 2576 là một cặp trong một họ rộng hơn. Nhà thiết kế đọc so sánh lm2596 so với lm2576 theo cách này sẽ chọn dựa trên tần số, không gian, và ngân sách EMI, đảm bảo linh kiện đã chọn qua nguồn cung sâu của họ, và kiểm tra lại bộ lọc bất cứ khi nào tần số thay đổi, và nguyên tắc đó là câu trả lời làm việc mà cả sơ đồ và bo đều chấp nhận.