LM2596 वोल्टेज नियामक: प्रतिस्थापन, प्रदर्शन लक्षण, आंतरिक वास्तुकला और व्यावहारिक उपयोग

LM2596, टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स द्वारा पेश किया गया एक व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला स्टेप-डाउन स्विचिंग वोल्टेज नियामक, पावर मैनेजमेंट के क्षेत्र में प्रमुखता से प्रदर्शन करता है। यह लेख अपनी मुख्य विशेषताओं, कार्य सिद्धांतों और व्यावहारिक अनुप्रयोगों का पता लगाएगा।

LM2596 वोल्टेज नियामक+बम

LM2596 वोल्टेज नियामक अवलोकन

LM2596 श्रृंखला वोल्टेज नियामकमोनोलिथिक एकीकृत सर्किट हैं जो स्टेप-डाउन (बक) स्विचिंग नियामकों के लिए सभी सक्रिय कार्य प्रदान करते हैं। वे उत्कृष्ट लाइन और लोड विनियमन क्षमताओं के साथ 3 ए लोड चला सकते हैं। उपकरणों की इस श्रृंखला में 3.3V, 5V, और 12V के निश्चित आउटपुट वोल्टेज वाले संस्करण शामिल हैं, साथ ही विभिन्न अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए एक समायोज्य आउटपुट संस्करण भी शामिल हैं।
यह 150kHz की एक स्विचिंग आवृत्ति पर संचालित होता है, जो कम-आवृत्ति स्विचिंग नियामकों की तुलना में छोटे आकार के फ़िल्टरिंग घटकों के उपयोग की अनुमति देता है। यह मानक 5-पिन To-220 पैकेज (विभिन्न लीड झुकने विकल्पों के साथ) और 5-पिन TO-263 सतह-माउंट पैकेज को अपनाता है, जिससे इसका उपयोग करना आसान हो जाता है। ऑपरेशन के लिए केवल कुछ बाहरी घटकों की आवश्यकता होती है, और इसमें आंतरिक आवृत्ति मुआवजा और एक निश्चित-आवृत्ति ऑसिलेटर होता है।

LM2596 वोल्टेज नियामक पिनआउट

LM2596 वोल्टेज नियामक विनिर्देश

LM2596 वोल्टेज नियामक का PWM नियंत्रण सिद्धांत क्या है?

LM2596आउटपुट वोल्टेज को विनियमित करने के लिए पल्स-चौड़ाई मॉड्यूलेशन (पीडब्लूएम) का उपयोग करता है। इसका आंतरिक थरथरानवाला एक 150kHz निश्चित-आवृत्ति घड़ी उत्पन्न करता है। त्रुटि एम्पलीफायर एक संदर्भ वोल्टेज के साथ फीडबैक वोल्टेज (वोल्टेज डिवाइडर के माध्यम से आउटपुट से) की तुलना करता है, एक त्रुटि संकेत का उत्पादन करता है। यह सिग्नल PWM तुलनित्र को नियंत्रित करता है, जो आंतरिक पावर स्विच (MOSFET/BJT) के कर्तव्य चक्र को समायोजित करता है।

जब स्विच चालू होता है, तो इनपुट वोल्टेज इंडक्टर और लोड को ऊर्जा की आपूर्ति करता है; जब, प्रारंभ करनेवाला वर्तमान को बनाए रखते हुए, फ्रीव्हीलिंग डायोड के माध्यम से डिस्चार्ज करता है। समय-समय के अनुपात (ड्यूटी चक्र) को अलग करके, औसत आउटपुट वोल्टेज को विनियमित किया जाता है। उच्च शुल्क चक्र आउटपुट वोल्टेज को बढ़ाते हैं, जबकि कम लोग इसे कम करते हैं, इनपुट या लोड परिवर्तनों के बावजूद स्थिर आउटपुट सुनिश्चित करते हैं।

LM2596 वोल्टेज नियामक सुविधाएँ

आउटपुट वोल्टेज विकल्प:फिक्स्ड आउटपुट वोल्टेज संस्करण 3.3V, 5V, और 12V प्रदान करते हैं, साथ ही 1.2V से 37V के आउटपुट वोल्टेज रेंज के साथ एक समायोज्य संस्करण भी।
शुद्धता:पूरी लाइन और लोड की स्थिति के तहत अधिकतम त्रुटि ± 4% है।
भार क्षमता:3 ए का आउटपुट लोड करंट प्रदान कर सकता है।
इनपुट वोल्टेज रेंज:40v तक।
बाहरी घटक आवश्यकताएं:केवल चार बाहरी घटकों की आवश्यकता होती है, जिससे इसका उपयोग करना आसान हो जाता है।
आवृत्ति बदलना:आंतरिक थरथरानवाला में 150kHz की एक निश्चित आवृत्ति होती है।
शटडाउन फ़ंक्शन:टीटीएल शटडाउन क्षमता है, और कम-शक्ति वाले स्टैंडबाय मोड में क्विसेंट वर्तमान आईक्यू आमतौर पर 80μA है।
क्षमता:उच्च दक्षता, विभिन्न संस्करणों के साथ विशिष्ट परिस्थितियों में अलग -अलग क्षमताएं हैं। उदाहरण के लिए, 12V संस्करण में 90% की एक विशिष्ट दक्षता होती है जब इनपुट वोल्टेज 25V है और लोड करंट 3 ए है।
संरक्षण सुविधाएँ:गलती की स्थिति के तहत डिवाइस की सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए थर्मल शटडाउन और वर्तमान सीमित सुरक्षा कार्यों से लैस।

LM2596 वोल्टेज नियामक अनुप्रयोग

LM2596, एक उच्च-प्रदर्शन स्टेप-डाउन स्विचिंग नियामक के रूप में, उच्च दक्षता, मजबूत भार क्षमता और लचीले आउटपुट वोल्टेज विकल्प जैसे लाभों के कारण विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इसके विशिष्ट अनुप्रयोगों में शामिल हैं:

औद्योगिक नियंत्रण प्रणालियाँ: यह औद्योगिक वातावरण में सेंसर, एक्ट्यूएटर्स और नियंत्रण सर्किट के लिए स्थिर बिजली की आपूर्ति प्रदान करता है। 40V के अधिकतम इनपुट वोल्टेज के साथ, यह उपकरणों के विश्वसनीय संचालन को सुनिश्चित करने के लिए अस्थिर औद्योगिक बिजली ग्रिड के लिए अनुकूल हो सकता है।

मोटर वाहन इलेक्ट्रॉनिक्स: कार ऑडियो, नेविगेशन सिस्टम और ऑन-बोर्ड चार्जर्स जैसे वाहन उपकरणों के लिए उपयुक्त। इसकी 3 ए लोड क्षमता अधिकांश मोटर वाहन इलेक्ट्रॉनिक घटकों की बिजली आवश्यकताओं को पूरा करती है, और थर्मल शटडाउन और वर्तमान सीमा सुरक्षा कार्य वाहन संचालन के दौरान सुरक्षा को बढ़ाते हैं।

दूरसंचार उपकरण: राउटर, मॉडेम और संचार मॉड्यूल में उपयोग किया जाता है कि उच्च-वोल्टेज इनपुट (जैसे 12V या 24V) को कोर चिप्स द्वारा आवश्यक कम-वोल्टेज (3.3V, 5V, आदि) में परिवर्तित करने के लिए, स्थिर सिग्नल ट्रांसमिशन सुनिश्चित करना।

बैटरी संचालित उपकरण: समायोज्य आउटपुट संस्करण (1.2V से 37V) बैटरी (जैसे लीड-एसिड बैटरी या लिथियम-आयन बैटरी) द्वारा संचालित उपकरणों के लिए आदर्श है, जो बैटरी जीवन का विस्तार करने के लिए लचीले वोल्टेज विनियमन को सक्षम करता है।

एम्बेडेड सिस्टम के लिए बिजली की आपूर्ति: माइक्रोकंट्रोलर (जैसे, STM32 श्रृंखला), FPGA और अन्य एम्बेडेड घटकों के लिए स्थिर शक्ति प्रदान करता है। इसका कम स्टैंडबाय करंट (विशिष्ट 80μA) कम-शक्ति मोड में बिजली की खपत को कम करने में मदद करता है।

एलईडी प्रकाश व्यवस्था: उच्च-शक्ति वोल्टेज को समायोजित करके उच्च शक्ति वाले एलईडी सरणियों को ड्राइव कर सकते हैं, जो उच्च दक्षता को कम करने और सिस्टम स्थिरता में सुधार के साथ, एलईडी के काम करने वाले वोल्टेज से मेल खाने के लिए हो सकता है।

LM2596नियत वोल्टेज नियामक

फिक्स्ड वोल्टेज नियामक संस्करण। ऊपर सर्किट का संदर्भ लें। हम आईसी को बदलकर आउटपुट वोल्टेज सेट कर सकते हैं:

• 3.3V आउटपुट के लिए LM2596-3.3।
• 5V आउटपुट के लिए LM2596-5.0।
• 12V आउटपुट के लिए LM2596-12।

हमारे पास अन्य उपयुक्त घटक भी होने चाहिए:

• C1 330UF होना चाहिए (जब LM2596-3.3, LM2596-5.0) या 180UF (LM2596-12 के लिए) का उपयोग करें।
• L1 = कॉइल इंडक्शन, 33UH (LM2596-3.3, LM2596-5.0 के लिए) या 68UH (LM2596-12 के लिए) के मान के साथ।

LM2596 समायोज्य आउटपुट वोल्टेज नियामक

अब हम देखते हैं कि ज्यादातर लोग LM2596 का उपयोग समायोज्य आउटपुट वोल्टेज नियामक के रूप में करते हैं।

LM2596 समायोज्य आउटपुट वोल्टेज नियामक, जैसा कि दिखाया गया है, C1 फ़िल्टरिंग इनपुट के साथ IC1 (LM2596) का उपयोग करता है। L1, D1, R1, R2, C2, C3 सर्किट बनाते हैं। यह अनियमित डीसी इनपुट लेता है, फीडबैक (आर 1/आर 2) के माध्यम से समायोजित करता है, 3 ए लोड के लिए विनियमित वोल्टेज को आउटपुट करता है, लचीला वोल्टेज विनियमन को सक्षम करता है।

LM2596 वोल्टेज नियामक विकल्प

LM2596 एक लोकप्रिय स्टेप-डाउन स्विचिंग नियामक है, लेकिन कई विकल्प उपलब्ध हैं जो विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए समान या बढ़ाया प्रदर्शन प्रदान करते हैं। यहाँ कुछ सामान्य विकल्प हैं:
1।LM2576

LM2596 के लिए एक पूर्ववर्ती, 3A के अधिकतम आउटपुट करंट के साथ समान कार्यक्षमता की पेशकश करता है।

LM2596 (150kHz) की तुलना में कम स्विचिंग आवृत्ति (52kHz) पर संचालित होता है, जिसके लिए बड़े बाहरी घटकों की आवश्यकता हो सकती है।

निश्चित वोल्टेज संस्करणों (3.3V, 5V, 12V) और समायोज्य संस्करणों में उपलब्ध है।

2। MP2307

3 ए के अधिकतम आउटपुट करंट के साथ एक कॉम्पैक्ट, उच्च दक्षता वाले स्टेप-डाउन कनवर्टर।

एक उच्च स्विचिंग आवृत्ति (1.2MHz तक) की सुविधा है, जो छोटे इंडक्टरों और कैपेसिटर के लिए अनुमति देता है।

कई ऑपरेटिंग स्थितियों में LM2596 की तुलना में बेहतर दक्षता प्रदान करता है, जिससे यह बैटरी-संचालित उपकरणों के लिए उपयुक्त है।

3। XL4015

एक उच्च-वर्तमान स्टेप-डाउन नियामक जो आउटपुट करंट के 5 ए तक पहुंचाने में सक्षम है, जिससे यह उच्च शक्ति अनुप्रयोगों के लिए आदर्श है।

एक समायोज्य आउटपुट वोल्टेज रेंज 1.25V से 36V तक है।

इसमें ओवर-करंट और ओवर-टेम्परेचर प्रोटेक्शन फीचर्स शामिल हैं।

4। LM1117

एक रैखिक नियामक, ऊपर उल्लिखित स्विचिंग नियामकों के विपरीत, जो इसे सरल बनाता है लेकिन बड़े वोल्टेज ड्रॉप के लिए कम कुशल है।

फिक्स्ड वोल्टेज में उपलब्ध (1.8V, 2.5V, 3.3V, 5V) और समायोज्य संस्करणों के साथ अधिकतम 800mA के अधिकतम आउटपुट वर्तमान के साथ।

नियामकों को स्विच करने की तुलना में कम शोर पैदा करता है, जिससे यह संवेदनशील एनालॉग सर्किट के लिए उपयुक्त हो जाता है।

5।TPS5430

एक विस्तृत इनपुट वोल्टेज रेंज (5V से 36V) और समायोज्य आउटपुट वोल्टेज (1.22V से 28V) के साथ एक 3A स्टेप-डाउन कनवर्टर।

उच्च दक्षता (95%तक) और 500kHz की स्विचिंग आवृत्ति है।

अंतर्निहित सुरक्षा कार्य जैसे कि ओवर-करंट, ओवर-वोल्टेज और थर्मल शटडाउन शामिल हैं।

LM2596 के कार्य

वोल्टेज रूपांतरण: यह एक अनियमित उच्च डीसी इनपुट वोल्टेज को एक स्थिर कम डीसी आउटपुट वोल्टेज में परिवर्तित कर सकता है। यह दोनों निश्चित आउटपुट वोल्टेज संस्करण (जैसे 3.3V, 5V, 12V) और एक समायोज्य संस्करण प्रदान करता है जिसका आउटपुट वोल्टेज 1.2V से 37V की सीमा के भीतर सेट किया जा सकता है।

ड्राइविंग क्षमता: यह 3 ए के अधिकतम लोड करंट को चलाने में सक्षम है, जिससे यह मध्यम वर्तमान आवश्यकताओं के साथ विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को शक्ति देने के लिए उपयुक्त है।

दक्षता अनुकूलन: 150kHz की एक निश्चित स्विचिंग आवृत्ति पर संचालन, यह वोल्टेज रूपांतरण में अच्छी दक्षता प्राप्त करते हुए, कम-आवृत्ति नियामकों की तुलना में छोटे आकार के फ़िल्टरिंग घटकों के उपयोग की अनुमति देता है।

संरक्षण सुविधाएँ: यह थर्मल शटडाउन और वर्तमान-सीमित सुरक्षा कार्यों को शामिल करता है। थर्मल शटडाउन डिवाइस को अत्यधिक तापमान के कारण क्षति से बचाता है, और वर्तमान सीमितता नियामक के माध्यम से बहने से अत्यधिक वर्तमान को रोकती है, नियामक और जुड़े लोड दोनों की सुरक्षा करती है।

बाह्य बंद नियंत्रण: इसमें एक बाहरी शटडाउन (चालू/बंद) फ़ंक्शन है। जब यह फ़ंक्शन सक्रिय हो जाता है, तो नियामक बिजली की खपत को कम करते हुए कम-वर्तमान स्टैंडबाय मोड में प्रवेश करता है।

स्थिर आउटपुट: यह उत्कृष्ट रेखा और लोड विनियमन प्रदान करता है, यह सुनिश्चित करता है कि इनपुट वोल्टेज या लोड में परिवर्तन होने पर भी आउटपुट वोल्टेज स्थिर रहता है।

LM2596 पीसीबी लेआउट गाइड

घटक लेआउट:

इनपुट संधारित्र:इसे LM2596 के इनपुट पिन के करीब रखें। एक 470μF इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्र का उपयोग अक्सर इनपुट वोल्टेज में उतार -चढ़ाव को कम करने के लिए किया जाता है।

आउटपुट पिन:यह पिन सामान्य संचालन के दौरान लगभग 150kHz की एक PWM लहर को आउटपुट करता है, और मुख्य परिधीय घटक यहां जुड़े हुए हैं। बिछाने के दौरान, संबंधित घटकों और सिग्नल अखंडता के साथ कनेक्शन की सुविधा पर विचार करना आवश्यक है।

ग्राउंड पिन:अच्छी ग्राउंडिंग सुनिश्चित करने के लिए ग्राउंड पिन छोटा और मोटा होना चाहिए, और कई वीआईएएस के माध्यम से ग्राउंड लेयर से जुड़ा हो सकता है।

प्रतिक्रिया पिन:फीडबैक पिन प्रतिक्रिया अवरोधक से जुड़ा हुआ है, और हस्तक्षेप को कम करने और आउटपुट वोल्टेज की सटीकता सुनिश्चित करने के लिए छोटे निशान के साथ जितना संभव हो उतना चिप के करीब होना चाहिए।

नियंत्रण पिन:कंट्रोल पिन को वर्किंग मोड के अनुसार उच्च स्तर से जुड़ा या जुड़ा हुआ है। लेआउट के दौरान, नियंत्रण संकेत स्रोत के साथ कनेक्शन की सुविधा पर विचार किया जाना चाहिए।

कुल मिलाकर लेआउट:हाई-स्पीड सिग्नल लाइनों की लंबाई को छोटा करने के लिए एक-दूसरे के करीब उच्च गति वाले उपकरणों (जैसे LM2596 ही) की व्यवस्था करें। इसी समय, अलग-अलग एनालॉग, डिजिटल और हाई-स्पीड सिग्नल अलग-अलग क्षेत्रों में पारस्परिक हस्तक्षेप से बचने के लिए। बिजली उपकरणों को समान रूप से वितरित किया जाना चाहिए, और गर्मी विघटन के लिए वायु प्रवाह को सुविधाजनक बनाने के लिए गर्मी अपव्यय स्थान को आरक्षित किया जाना चाहिए।

ट्रेस डिजाइन:

क्रॉसस्टॉक को रोकने के लिए, विशेष रूप से बिजली लाइनों और सिग्नल लाइनों के लिए लंबी दूरी के समानांतर निशान से बचने की कोशिश करें।

इनपुट और आउटपुट पावर लाइन्स को बड़े करंट ट्रांसमिशन की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए पर्याप्त मोटा होना चाहिए, लाइन प्रतिरोध और वोल्टेज ड्रॉप को कम करना चाहिए, और यदि आवश्यक हो तो कॉपर डालना का उपयोग किया जा सकता है।

ग्राउंडिंग उपचार:

अलग एनालॉग ग्राउंड और डिजिटल ग्राउंड को डिज़ाइन करें, और अंत में उन्हें ग्राउंड लूप हस्तक्षेप से बचने के लिए एक बिंदु पर कनेक्ट करें।

मल्टी-लेयर पीसीबी का उपयोग किया जा सकता है, ग्राउंडिंग प्रभाव को बढ़ाने और विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप को कम करने के लिए ग्राउंड लेयर के रूप में मध्य परत के साथ।

अन्य पहलू:

यदि शर्तों की अनुमति है, तो मल्टी-लेयर पीसीबी का उपयोग करें, मध्य परत के साथ ग्राउंड लेयर या पावर लेयर के रूप में क्रॉसस्टॉक को कम करने और कम करने के लिए।

डिजाइन चरण के दौरान घटकों की कल्पना करने के लिए 3 डी पैकेज पुस्तकालयों का उपयोग करें, उचित लेआउट सुनिश्चित करें, स्थापना की समस्याओं से बचें, और एक कॉम्पैक्ट लेआउट प्राप्त करें जो विद्युत और यांत्रिक आवश्यकताओं को पूरा करता है।

LM2596 श्रृंखला मॉडल

LM2596 पैकेज

सारांश में,LM2596 वोल्टेज नियामकइसके उत्कृष्ट प्रदर्शन, सरल संचालन और अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला के कारण इलेक्ट्रॉनिक्स क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण स्थिति पर कब्जा कर लेता है। इस बीच, इसके वैकल्पिक उत्पाद विभिन्न आवश्यकताओं के साथ डिजाइनों के लिए अधिक विकल्प भी प्रदान करते हैं।