LM2596/LM2596S多路降压稳压DC-DC开关电源芯片详解
LM2596/LM2596S多路降压稳压DC-DC开关电源芯片详解
LM2596是一款经典的降压稳压芯片，广泛应用于各种电源管理电路中。本文详细介绍了LM2596系列芯片的特点、应用领域、测试电路及其布线方案、相关参数以及物理结构，适合电子工程领域的技术人员参考。
一、LM2596介绍
图一：常用的LM2596模块
上图中是我们最常见也最常用的DC-DC降压稳压芯片——LM2596，虽然这款芯片已经问世很多年了，但其销量一直是久盛不衰。最最关键的原因就是——好用啊！！
LM2596这款芯片分为几种，分别是LM2596、LM2596S、LM2596T、LM2596R，这些芯片只是封装上有些不同，功能和使用上是没有区别的。
图二：LM2596T和LM2596S
LM2596开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出最大3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。芯片按照输出版本可分为四种，分别是3.3V、5V、12V、ADJ（可调版本），其中ADJ（可调版本）可以输出小于37V的各种电压（注意在ADJ电路的搭建中，一定要接可调电阻（例如滑动变阻器、电位器等）才行，因为输出电压的变化是通过调节电阻实现的）。
该芯片内部集成了频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz，与低频开关调节器相比较，它可以使用更小规格的滤波元件。由于该器件最少只需4个外接元件，可以使用通用的标准电感，这更优化了LM2596的使用，极大地简化了开关电源电路的设计。
这款芯片的封装包括TO-220封装（DIP）和TO-263封装（SMD），它们都是五个脚和头顶上面一个GND。
该器件还有其他一些特点：1.在特定的输入电压和输出负载的条件下，输出电压的误差可以保证在±4%的范围内，振荡频率误差在±15%的范围内；2.可以用仅80μA的待机电流，实现外部断电；3.具有自我保护电路（一个两级降频限流保护和一个在异常情况下断电的过温完全保护电路）。
总结特点
※ 此款芯片按功能分为四种，分别是3.3V、5V、12V的固定电压输出和ADJ可调电压输出
※ 可调输出电压范围1.2V～37V±4%
※ 输出线性好且负载可调节
※ 输出电流可高达3A
※ 输入电压可高达40V
※ 采用150KHz的内部振荡频率，属于第二代开关电压调节器，功耗小、效率高
※ 低功耗待机模式，IQ的典型值为80μA
※ TTL断电能力
※ 具有过热保护和限流保护功能
※ 封装形式：TO-220（T）和 TO-263（S）
※ 外围电路简单，仅需最少4个外接元件，且使用容易购买的标准电感（现在大多数都是用VT电解电容，下一篇我会专门讲元器件的选型）
应用领域
※ 高效率降压调节器
※ 单片开关电压调节器
※ 正、负电压转换器
二、测试电路及其布线方案
固定输出
图三：测试电路图（固定输出）
CIN---680μF/50V COUT---330μF/35V
D1----5A/20V IN5823 L1---33μH,L40
注：图中使用的芯片是LM2596-5.0，即便左侧输入不是12V（但是要高于5V哦，它是降压芯片，不是升压芯片），右侧依然可以固定输出5V电压。
可调输出
图四：测试电路图（可调输出）
注：（1）反馈线要远离电感；（2）要粗要短的线路：引脚1和电容正极、引脚2和肖特基二极管阴极、引脚2和电感、电感另一端和输出端的电容正极（负极直接铺铜）；（3）调节输出电压的电阻R1、R2要靠近LM2596的4脚。
输出电压的计算可由下式给出：
Vout=Vref*(1+R2/R1)
其中 Vref=1.23V，
R2=R1*(Vout/Vref-1)
为了确保输出稳定，R1选用标称阻值为1KΩ，精度为1%的电阻。
CIN---680μF/50V COUT---220μF/35V R1---1K,1%
D1---5A/40V IN5825 L1---47μH CFF---参照有关的应用信息
在开关调节器中，PCB 版面布局图非常重要，开关电流与环线电感密切相关，由这种环线电感所产生的暂态电压往往会引起许多问题。要使这种感应最小、地线形成回路，图中所示的粗线部分在 PCB 板上要印制得宽一点，且要尽可能地短。为了取得最好的效果，外接元器件要尽可能地靠近开关型集成电路（芯片），最好用地线屏蔽或单点接地。最好使用磁屏蔽结构的电感器，如果所用电感是磁芯开放式的，那么，对它的位置必须格外小心。如果电感通量和敏感的反馈线相交叉，则集成电路的地线及输出端的电容COUT的连线可能会引起一些问题。在输出可调的方案中，必须特别注意反馈电阻及其相关导线的位置。在物理上，一方面电阻要靠近IC（芯片），另一方面相关的连线要远离电感，如果所用电感是磁芯开放式的，那么，这一点就显得更加重要。
三、LM2596相关参数
极限参数
名称 范围 单位
最大电源电压 45 V
ON/OFF脚输入电压 -0.3～25 V
“反馈”脚电压 -0.3～25 V
到地的输出电压（静态） -1 V
功耗 由内部限定 --
储存温度 -65～150 ℃
静电释放（人体放电，见注1） 2000 V
焊接时的管脚温度 TO-263 气流焊（60 秒） 215 ℃
红外线焊接（10 秒） 245 ℃
TO-220 波峰焊/电烙铁焊接（10 秒） 260 ℃
最高结温 150 ℃
工作条件 温度范围 -40～125 ℃
电源电压 4.5～40 V
电气特性
说明：极限值部分标准字体对应的项目适合于TJ=25℃时，带下划线的粗斜体字对应的项目适合于整个温度范围；系统参量(4) 测试电路见图三、图四
符号 参量 条件 典型值（2） 极限值（3） 单位
LM2596—3.3（见注 14）
VOUT 输出电压 4.75V≤VIN≤40V，0.2A≤ILOAD≤3A 3.3 3.168/3.1353.432/3.465 VV（min）V（max）
η 效率 VIN=12V，ILOAD=3A 73 %
LM2596—5.0（见注 14）
VOUT 输出电压 7V≤VIN≤40V，0.2A≤ILOAD≤3A 5.0 4.800/4.7505.200/5.250 VV（min）V（max）
η 效率 VIN=12V，ILOAD=3A 80 %
符号 参量 条件 典型值（2） 极限值（3） 单位
LM2596—12（见注14）
VOUT 输出电压 15V≤VIN≤40V，0.2A≤ILOAD≤3A 12.0 11.52/11.4012.48/12.60 VV（min）V（max）
η 效率 VIN=25V，ILOAD=3A 88 %
LM2596—ADJ（见注14）
4.5V≤VIN≤40V， 1.230 V
VFB 反馈电压 0.2A≤ILOAD≤3A 1.193/1.180 V（min）
VOUT 调为3V， 电路图见图 1 1.267/1.280 V（max）
η 效率 VIN=25V，VOUT =3V， ILOAD=3A 73 %
VIN=25V，VOUT =15V，ILOAD=3A 90 %
电气特性（所有输出）
说明：标准字体对应的项目适合于 TJ=25℃时，带下划线的粗斜体字对应的项目适合于整个温度范围。除非特别说明，VIN=12V对应于LM2596—3.3、LM2596—5.0、LM2596—ADJ，VIN=24V 对应于LM2596—12.ILOAD=500mA。（见注 14）
符号 参量 条件 LM2596—XX 单位
典型值（2） 极限值（3）
器件参数
Ib 反馈偏置电流 只适用于输出可调节的情况，VFB=1.3V 10 nA
50/100 nA(max)
fO 振荡器频率 见注 5 150 KHz
127/110 KHz(min)
173/173 KHz(max)
VSAT 饱和电压 IOUT=3A（6,7） 1.16 V
1.4/1.5 V(max)
DC 最大工作周期（ON） 见注 7 100 %
最小工作周期(OFF） 见注 8 0 %
ICL 极限电流 峰值电流（6，7） 4.5 A
3.6/3.4 A(min)
6.9/7.5 A(max)
IL 输出漏电流 输出为 0V（6，8） 50 μA(max)
输出为-1V（9） 2 mA
30 mA(max)
IQ 静电流 见注 9 5 mA
10 mA(max)
ISTBY 待机静电流 ON/OFF 脚=5V（OFF）（9） 80 μA
200/250 μA(max)
注 1：人体放电模式相当于一个 100PF 的电容通过一个 1.5K 的电阻向每个管脚放电。
注 2：典型值是指在 25℃下的数值，代表最常见的情况。
注 3：所有的极限参数都必须适合于室温（用正常字体表示）和极限温度（用带下划线的粗斜体字表示），所有室温下的极限参数都是经过测试得出的，所有的极限温度下的极限参数都可以通过使用相关的标准静态质量控制方法来加以保证。
注 4：二极管、电感、输入和输出端的电容以及调节输出电压的电阻等外接元件可能会影响开关调节器的系统性能。当LM2596用在如图三、图四所示测试电路中时，其系统性能如电气特性中系统参量所示。
注 5：当第二级电流极限功能启动时，开关频率会有所下降，下降的程度取决于过电流的严重程度。
注 6：输出管脚不连接电感、电容或二极管。
注 7：把反馈管脚和输出管脚断开，把反馈管脚连到 0V，以强制输出开关晶体管导通。
注 8：把反馈管脚和输出管脚断开，把反馈管脚连到 12V（当 VOUT=3.3V、5V 或 ADJ 时）或 15V（当 VOUT=12V时），以强制输出开关晶体管截止。
注 9：VIN=40V。
注 10：环境热阻（不外加散热片）是指 TO-220 封装的 LM2596 垂直焊接在覆盖有面积约为 1 平方英寸铜箔的 PCB上所对应的值。
注 11：TO-263 封装的 LM2596 垂直焊接在覆盖有面积约为 0.5 平方英寸铜箔的单面 PCB 上所对应的环境热阻。
注 12：TO-263 封装的 LM2596 垂直焊接在覆盖有面积约为 2.5 平方英寸铜箔的单面 PCB 上所对应的环境热阻。
注 13：TO-263 封装的 LM2596 垂直焊接在覆盖有面积约为 3 平方英寸铜箔的双面 PCB 上所对应的环境热阻，而PCB 的另一面覆盖有面积约为 16 平方英寸铜箔。
注14：LM2596T-3.3，LM2596T-5.0，LM2596T-12，LM2596T-ADJ为TO-220封装（DIP）；LM2596S-3.3，LM2596S-5.0，LM2596S-12，LM2596S-ADJ为TO-263封装（SMT）。
四、芯片物理结构
芯片内部电路图
图五：LM2596内部电路图
芯片引脚介绍
图六：TO-220(T)和TO-263(S)
1-Vin：正输入端，是芯片的电源输入正极，为了防止在输入端出现大的瞬态电压，在输入端和地之间要加一个铝或钽电容作为旁路电容，这个电容要靠近IC。另外，输入电容电流的均方根值至少要为直流负载电流的一半。
2-Output：输出端，是芯片的输出端，此端接电感和二极管。并且三者相连的线要粗、要短。
3-Ground：接地端，是接地（GND）的部分，注意芯片除了有五个脚，还有一个头也要接地（GND）。
4-Feedback：反馈端，是芯片自身用来反馈输出电压的引脚，确保输出电压稳定准确。
5-ON/OFF：这个管脚可以利用逻辑电平把LM2596切断，使输入电流降到大约 80μA。将这个管脚的电压下拉到低于大约 1.3V 时，LM2596 就被打开；而上拉到高于 1.3V（最大到 25V）时，LM2596 就被关断。如果不需要使用这个功能，就可以把这个管脚接地或开路，使 IC 处于打开的状态。
封装尺寸
图七：TO-220(T)封装尺寸 单位：英寸/毫米
图八：TO-263(S)封装尺寸 单位：英寸/毫米