Поделки своими руками для автолюбителей
Понижающий модуль LM2596: характеристики и установки
DC-DC преобразователи применяются мастерами в автомобилестроении, а также при изготовлении электроники, вычислительных машин, телекоммуникационного оборудования. Созданные по этому принципу микросхемы применяются для изменения напряжения до требуемых параметров. Одним из таких приборов является преобразователь постоянного напряжения LM2596. О функционировании подобных устройств и конкретных характеристиках этой модели мы расскажем далее.
Типы преобразователей
Для потребителей выпускают конвертеры без индуктивности и вместе с ней. Первые используются только для маломощных нагрузок. С ними создают дешевые блоки питания, поскольку берутся самые простые компоненты. Эти преобразователи выпускаются с регулируемым и фиксируемым напряжением.
Модели приборов с индуктивностью больше распространены, они удобней, поскольку применяются без гальванической развязки. В этой цепи есть один источник питания, напряжение в котором понижается и повышается с обратной полярностью.
Индуктивные модули выпускаются нескольких видов:
- Понижающие. У них напряжение на выходе ниже, чем на входе. Параметры устройств зависят от нагрузки и основных потребностей. Ключевым элементом является транзистор, который управляется через импульсный модулятор.
- Повышающий. Здесь все наоборот: показатель на выходе больше, чем на входе. Уровень увеличивается в несколько раз, при этом его можно стабилизировать и настраивать.
- С регулируемым напряжением. Эти детали используются в устройствах с ионной батареей, когда необходимо то повышенное, то пониженное напряжение. Потом устройство ослабевает, но оно все равно способно поддерживать необходимое значение.
- С гальванической развязкой. С микросхемами используются импульсные трансформаторы на несколько обмоток. Благодаря этому нет связи между входной и выходной цепью. Разница между параметрами получается существенная, поэтому она используется для компонентов с высоким напряжением.
Перечисленные устройства могут выпускаться стабилизированными или нет, точно также, как выходное напряжение может иметь гальваническую развязку или быть без нее.
Характеристики микросхемы LM2596
Этот преобразователь поддерживает напряжение от 3 до 40 В, но ток нагрузки здесь не должен превышать 3 А. Некоторые микросхемы имеют регулируемый выход, а другие выпускаются без него. Этот момент стоит уточнять у продавцов.
На корпусе устройства есть пять контактов. Первые два отвечают за входное и выходное напряжение, третий является общим, а четвертый нужен для обратного движения. Последний используется для включения и отключения устройства. Производитель выпускает модель в разном виде, чтобы изгибы не мешали поверхностному монтажу.
Технические характеристики у детали стандартные. Параметры входного напряжения указываются на корпусе, перед этим ставится черточка. На регулируемых устройствах в конце обозначений пишется adj.
Для упрощения ремонта или создания деталей есть уже собранные регулируемые блоки питания, где основным элементом выступает микросхема LM2596. Ее наличие прописывают в наименовании товара.
Регулировка и схемы включения
Для получения необходимого уровня напряжения меняют сопротивление в собранной цепи. С этой целью придерживаются блок-схемы, которая предназначена для понижающего модуля. В этом случае контакт обратной связи подключают к резистору. В зависимости от типа микросхемы его подсоединяют к резистору или другой детали. При изменении сопротивления меняется и уровень выходного напряжения.
Требования к комплектующим и схема включения обычно описана в ТО. Катушку индуктивности, конденсаторы, диоды подбирают в зависимости от нагрузки и напряжения. Диод следует брать такой, чтобы он был рассчитан на возможное короткое замыкание.
Производитель сразу указывает, что допускать перегрева устройства при использовании понижающего модуля нельзя, особенно если ток в нагрузке превышает 2 А. При повышении показателей потребуется принудительное охлаждение.
Также во время подключения микросхемы стоит вести себя аккуратно и не путать плюс с минусом. Если изначально все неправильно подключить, то устройство может моментально выйти из строя.
Принцип работы преобразователя
Для получения общего понимания основных возможностей этой детали, мы рассмотрим принцип ее работы:
- Накапливается заряд. При замкнутом ключе цепь выглядит именно так. Ток идет от источника и в это же время накапливается энергия.
- Переходит в конденсатор. При размыкании катушка держит энергию в магнитном пространстве. Уровень тока не меняется, но дополнительные импульсы энергии заставляют напряжение подниматься. Так открывается путь, проходящий через диод. Энергия переходит дальше и частично накапливается в конденсаторе.
- Передается потребителю. После замыкания ключа энергия скапливается в области катушки. Тем временем основной потребитель получает ток, который идет от конденсатора.
Монтаж
Для установки понижающего модуля в домашних условиях используют самодельные стойки, которые делают из луженого провода. Его диаметр не должен превышать 1 мм, поскольку сама деталь тоже выпускается в миниатюрном размере. Стойки удобны при использовании, они не смещаются от обычных штырей. Во время работы и припаивания деталей они нагреваются, но не очень сильно.
Похожая конструкция используется, когда к плате требуется припаять провода. Она обеспечивает жесткость и надежную фиксацию. При этом если понижающий модуль выйдет из строя, то не придется много всего переделывать для его замены. В таком случае во время монтажа плата получается по размерам примерно такой же, как у аналогового стабилизатора.
Преобразователь постоянного напряжения LM2596 считается более привлекательным в сравнении с другими деталями, поскольку работает в широком диапазоне напряжений. Даже при использовании минимальных показателей на выходе они увеличатся в несколько раз.
Источник
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
