LM2596
概要
Performance test of Adjustable buck converter LM2596
結論
コンバータは定格 2A 出力電流を供給できますが、長時間使用すると熱くなりすぎます。寿命、特に入力電圧が高い場合、電力損失が悪化します。1A負荷では熱の問題はありません。
通常、出力には約 200mVpp のノイズが発生しますが、入力電圧と負荷によって異なります。
『LM2596S電源モジュールの評価』
かなり前にAmazonのマーケットプレイスでLM2596Sを使った電源モジュールを購入していましたが、全然使わずにパーツ箱で眠っていました。先日部品を探してい…
VX-3 活用力アップ計画 〜電源編・Vol.4 DC-DCコンバーター〜
さて、DC-DCコンバーターです。 先日のバッテリー、12V以上が出ますので、ここから6Vを作らなければなりません。 てことで、DC-DCコンバーターの登場です。 シリーズレギュレーターは効率悪過ぎですからね。 とりあえず、何か基板モジュールがないかなぁとネットを検索。 いいのがなかったら自分で作るかぁ、って感じでしたが、ありました。 なんと、10個も入ってこの価格です。 スペックは申し分なし。 入力：DC 3.2V〜40V 出力：DC 1.25V〜35V 3Aも出せるんですよ。 （でも、あとでワナにはまる。。） こんな感じで箱にザク..
波形の周波数を読み取ると、150kHzほどあるので本物だと思われる。（Amzon購入なのに！）
1.2V to 35V @ 3A Adjustable Step-down Regulator using LM2596 - Electronics-Lab.com
This is a highly efficient and compact project that is capable of driving a 3A load...
Datasheetより抜粋して引用
8.3 機能説明
8.3.1 遅延スタートアップ
図 8-1 の回路は、ON/OFF ピンを使用して、入力電圧が印加されてから出力電圧が上昇するまでの時間を遅延させます (この図には、遅延スタートアップに関連する回路のみを示しています)。入力電圧が上昇すると、コンデンサ C1 が充電されることによって ON/OFF ピンが High になり、レギュレータは OFF のままに維持されます。入力電圧が最終値に達し、コンデンサの充電が停止した後で、抵抗 R2 によって ON/OFF ピンが Low になり、回路のスイッチングが可能になります。抵抗 R1 が内蔵されているため、ON/OFF ピンに印加される最大電圧を制限し (最大 25V) 、電源のノイズ感度を低減して、同時にコンデンサ C1 の放電電流を制限できます。
- 入力リップル電圧が大きい場合、そのリップルが ON/OFF ピンと結合して問題を引き起こす可能性があるため、長い遅延時間は避けてください。
- この遅延スタートアップ機能は、入力電源が供給可能な電流の量に限界がある状況で役立ちます。この機能によって、入力電圧が十分に高くなってから、レギュレータの動作を開始することができます。
- 降圧レギュレータは、入力電圧が高くなるほど、必要な入力電流が少なくなります。
8.3.3 反転レギュレータ
図 8-5 の回路は、正の入力電圧を、共通のグランドを持つ負の出力電圧に変換します。この回路は、レギュレータのグランド・ピンを負の出力電圧にブートストラップしてから、フィードバック・ピンを接地することで動作し、レギュレータは反転出力電圧を検出してレギュレートします。
この例では、LM2596-5.0 を使用して -5V の出力を生成しますが、調整可能なバージョンを含む他の出力電圧バージョンを選択すると、他の出力電圧も生成できます。このレギュレータのトポロジは、入力電圧よりも高い、または低い出力電圧を生成できるため、最大出力電流は入力電圧と出力電圧の両方に大きく依存します。さまざまな入力および出力電圧条件で可能な出力負荷電流の量を、図 8-6 に目安として示します。
レギュレータの両端に発生する最大電圧は、入力電圧と出力電圧の絶対和で、これを最大 40V に制限する必要があります。たとえば、+20V を -12V に変換する場合、レギュレータの入力ピンとグランド・ピンの間に 32V が発生します。LM2596 の最高入力電圧仕様は 40V です。
このレギュレータ構成では、追加のダイオードが必要です。ダイオード D1 は、軽負荷または無負荷の状況で、入力電圧のリップルやノイズが $C_{IN}$ コンデンサを経由して出力と結合することを防止するために使用されます。また、このダイオード絶縁により、トポロジが降圧構成とよく似たものに変化するため、閉ループの安定性が向上します。入力電圧が低い場合はショットキー・ダイオードの使用を推奨しますが (電圧降下が小さいため)、入力電圧が高い場合は高速回復ダイオードを使用できます。
ダイオード D3 を使用しないと、入力電圧が最初に印加されたとき、$C_{IN}$ の充電電流により、出力が短い時間だけ正の方向に数ボルトだけシフトする可能性があります。D3 を追加すると、出力がダイオードの電圧を超えて正になることを防止できます。
反転レギュレータは動作が異なるため、インダクタの値を選択するために標準の設計手順は使用しません。多くの設計では、33μH、3.5A のインダクタが最適な選択肢です。コンデンサの選択は、いくつかの値に絞り込むこともできます。図 8-5 に示す値を使用すると、大多数の反転設計で良好な結果が得られます。
このタイプの反転レギュレータは、スタートアップ時に軽負荷でも比較的大きな入力電流を必要とする場合があります。出力が公称出力電圧に達するまで、LM2596 の電流制限 (約 4.5A) と同程度の入力電流が 2ms 以上必要です。実際に必要な時間は、出力電圧と出力コンデンサのサイズによって異なります。電流が制限されている入力電源や、この電流を供給すると過負荷になる電源は、正しく動作しません。反転トポロジで必要なスタートアップ電流は比較的大きいため、図 8-5 に示す遅延スタートアップ機能 (C1、R1、R2) をお勧めします。レギュレータのスタートアップを遅延させることで、入力コンデンサはスイッチャの動作開始前に、より高い電圧まで充電できます。スタートアップに必要となる大きな入力電流の一部は、入力コンデンサ (CIN) から供給されるようになります。スタートアップ条件が厳しい場合、入力コンデンサを通常よりもはるかに大きくしてもかまいません。
8.1.9 反転レギュレータ(LM2576)
図 8-1 は、正の入力電圧から負の 12 V 出力を生成する昇降圧構成の LM2576-12 を示しています。この回路は、レギュレータのグランド ピンを負の出力電圧にブートストラップし、フィードバック ピンをグランドに接続することで、レギュレータは反転出力電圧を感知し、それを -12 V に安定化します。
12 V 以上の入力電圧の場合、利用可能な最大値は、この構成での出力電流は約 700 mA です。負荷が軽い場合、必要な最小入力電圧は約 4.7 V まで低下します。この昇降圧構成のスイッチ電流は標準の降圧モード設計よりも大きいため、利用可能な出力電流が低くなります。
また、昇降圧コンバータの起動入力電流は標準の降圧モード レギュレータよりも高いため、5 A 未満の電流制限で入力電源に過負荷がかかる可能性があります。 遅延ターンオンまたは低電圧を使用するロックアウト回路 (セクション 8.1.10 で説明) により、スイッチャーがオンになる前に、入力電圧が十分に高いレベルまで上昇することができます。降圧レギュレータ トポロジと昇降圧レギュレータ トポロジの構造的な違いのため、降圧レギュレータの設計手順のセクションを使用してインダクタや出力コンデンサを選択することはできません。昇降圧設計のインダクタ値の推奨範囲は 68 μH ～ 220 μH であり、出力コンデンサの値は降圧設計に通常必要な値より大きくする必要があります。低い入力電圧または高い出力電流には、大きな値の出力コンデンサ（数千マイクロファラッド）が必要です。
ピーク インダクタ電流は、ピーク スイッチ電流と同じであり、式 6 で計算できます。
反転レギュレータ(OnSemi LM2596)
LM2596-ADJ を使用した反転昇降圧レギュレータを図 22 に示します。この回路は、レギュレータのグランドを負の出力電圧にブートストラップすることにより、共通グランドを使用して正の入力電圧を負の出力電圧に変換します。フィードバックピンを接地することにより、レギュレータは反転出力電圧を感知し、それを調整します。
この例では、LM2596-12 を使用して -12 V 出力を生成します。この場合の最大入力電圧は +28 V を超えることはできません。これは、レギュレータの両端に現れる最大電圧は入力電圧と出力電圧の絶対和であり、最大 40 V に制限する必要があるためです。
この回路構成は、入力電圧が 12 V 以上の場合、約 0.7 A を出力に供給できます。負荷が軽い場合、必要な最小入力電圧は約 4.7 V まで低下します。これは、昇降圧レギュレータ トポロジが、絶対値で入力電圧よりも大きいか小さい出力電圧を生成する可能性があるためです。 この昇降圧構成のスイッチ電流は標準の降圧コンバータ トポロジよりも高いため、利用可能な出力電流は低くなります。 このタイプの昇降圧反転レギュレータは、軽負荷の場合でも、大量の起動入力電流を必要とする場合があります。これにより、電流制限が 5.0 A 未満の入力電源が過負荷になる可能性があります。
このような入力起動電流は少なくとも2.0ms以上必要となります。実際の時間は、出力電圧と出力コンデンサのサイズによって異なります。 この反転レギュレータ トポロジでは比較的高い起動電流が必要となるため、遅延起動または低電圧ロックアウト回路の使用が推奨されます。 遅延起動構成を使用すると、スイッチモード レギュレータが動作し始める前に、入力コンデンサをより高い電圧まで充電できます。 起動に必要な高い入力電流は、入力コンデンサ C によって部分的に供給されます。で。 状況によっては、遅延起動または低電圧ロックアウト機能が非常に役立つ可能性があることはすでに上で述べました。昇降圧コンバータに適用される遅延起動回路を図 27 に示します。「低電圧ロックアウト」セクションの図 29 は、同じコンバータ トポロジの低電圧ロックアウト機能を説明しています。 設計上の推奨事項: 反転レギュレータは降圧コンバータとは異なる方法で動作するため、インダクタ L1 または出力コンデンサ C を選択するには異なる設計手順を使用する必要があります。外。 出力コンデンサの値は、降圧コンバータの設計に通常必要な値より大きくする必要があります。低い入力電圧または高い出力電流には、大きな値の出力コンデンサ（数千の範囲）が必要です。 F)。 反転コンバータ設計のインダクタ値の推奨範囲は 68 ～ Hと220 H. 適切な電流定格のインダクタを選択するには、インダクタのピーク電流を計算する必要があります。 ピークインダクタ電流を求めるには、次の式が使用されます。
入力コンデンサは低いESRを持つ必要があります
スイッチ モード コンバータの安定した動作には、入力に大きな過渡電圧が発生するのを防ぐために、入力ピンとグランド ピンの間に低 ESR (等価直列抵抗) のアルミニウムまたは固体タンタルのバイパス コンデンサが必要です。レギュレータの近くに配置し、短いリード線を使用する必要があります。ほとんどの電解コンデンサでは、温度が低下すると静電容量値が減少し、ESR が増加します。 -25℃以下の温度でも信頼性の高い動作を実現°より大きな値の入力コンデンサが必要になる場合があります。また、セラミックまたは固体タンタルコンデンサを並列接続すると、低温でのレギュレータの安定性が向上します。 CのRMS電流定格で 入力コンデンサの重要なパラメータは、RMS 電流定格です。物理的に大きく表面積が大きいコンデンサは、通常、RMS 電流定格が高くなります。特定のコンデンサ値の場合、高電圧の電解コンデンサは低電圧のコンデンサよりも物理的に大きく、より多くの熱を周囲の空気に放散できるため、RMS 電流定格が高くなります。 RMS 電流定格を超えて電解コンデンサを動作させると、動作寿命が短くなります。コンデンサの最大動作寿命を確保するには、コンデンサの RMS リップル電流定格は次のようにする必要があります。
出力コンデンサ (C外)
出力リップル電圧を低くし、安定性を高めるには、低 ESR 出力コンデンサを推奨します。出力コンデンサには 2 つの主な機能があります。出力をフィルタリングし、 出力リップル電圧値に寄与する主な要因。一部の用途には標準のアルミニウム電解液で十分ですが、高品質な設計を実現するには、低 ESR タイプをお勧めします。 アルミ電解コンデンサの ESR 値は、静電容量値、定格電圧、物理的サイズ、構造の種類などの多くの要素に関連します。ほとんどの場合、高電圧の電解コンデンサほど ESR 値は低くなります。多くの場合、低出力リップル電圧に必要な低い ESR 値を実現するには、はるかに高い電圧定格のコンデンサが必要になる場合があります。
LM2576 出力調整可能、低リップル電源
調整可能な出力電圧を備えた 3.0 A 出力電流能力の電源を図 34 に示します。このレギュレータは 3.0 A を 1.2 V ～ 35 V 出力に供給します。入力電圧の範囲はおよそ 3.0 V ～ 40 V です。出力リップルを 10 分の 1 以上削減するために、この回路には追加の L-C フィルタが含まれています。
LM2576 遅延スタートアップ（Delayed Startup）
すでに前述した反転レギュレータのように、より大量の起動電流を必要とするアプリケーションがいくつかあります。このような場合、入力電源が制限されている場合、この遅延起動機能は非常に役立ちます。入力電圧が印加された時間と出力電圧が立ち上がる時間の間に時間遅延を設けるには、図 31 の回路を使用できます。入力電圧が印加されると、コンデンサ C1 が充電され、抵抗 R2 の両端の電圧が低下します。 ON/OFF ピンの電圧がしきい値 1.3 V を下回ると、レギュレータが起動します。抵抗 R1 は、ON/OFF ピンに印加される最大電圧を制限するために含まれています。これにより、電源ノイズの感度が低下し、コンデンサ C1 の放電電流も制限されますが、その使用は必須ではありません。 50 Hz または 60 Hz (それぞれ 100 Hz または 120 Hz) の高いリップル電圧が存在する場合、長い遅延時間が ON/OFF ピンにリップルを結合することによって問題を引き起こす可能性があり、レギュレーターが定期的にライン（または2倍の）周波数でオン/オフに切り替わる可能性があります。
正負電源化
正負12Vの出力が得られました。
