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    LM2596开关电源 多路开关电源 DC-DC降压电源 固定/可调输出 原理图和PCB

    基本原理

    开关电源的基本原理就不做赘述,有兴趣的可以看下我们TPS5430正负电源的原理简介即可。

    芯片选型

    LM2596最大负载电流能到3A,有多个规格可选,3.3V、5V、12V以及可调输出等,ADJ输出范围是1.2V到Vin-1V,最大可支持40V输入,也有特殊规格比如LM2596-HVS,可达60V的输入的电压,但是容易买到假芯片。这个大家都懂的。我们可以大致看出芯片的价格相对比较便宜,所以在普通使用场合,该芯片的性价比还是可以的。

    原理图&3D-PCB

    在原理图方面基本没有这个特别介绍,主要是布局以及PCB布线的讲解。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    具体讲解

    1、原理图需要注意电容以及二极管的方向,至于耐压、封装以及选型问题可以参考TPS5430开关电源分析。
    2、这边截取了一路的布局以及走线作为示意。 首先C10和C12为电源输入滤波,应该尽量靠近芯片输入端,其次是输入的线应该尽量的粗,才能满足大电流。
    3、芯片的第5脚是GND脚,需要在旁边放两个接地的过孔,这样有利于电流的释放接入背面的GND平面。
    4、由于输出电流大是芯片发热就会比较厉害,所以在芯片散热焊盘的地方打了12个过孔方便散热。
    5、其次是在接近输出端子的地方加一个C16电容可以进一步的减小纹波。
    6、需要特别注意的是D5二极管为整流二极管,正向端接GND必须要良好接地,也就是需要过孔或者较粗的线接到输入电源的GND。
    在这里插入图片描述

    模块原理图-PDF、原理图库、3D-PCB库下载

    仅供参考:LM2596电源资料

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    1,频率的问题:
    功率mos的开关频率在100KHZ左右,那么这个频率有什么意义呢?
    首先,开关频率跟降压的实现没有关系,实现降压的原理就是反激电路的降压原理,每个周期的降压都是一样的,即便把频率加快也是一样的降压,但是频率快了,有什么意义呢?这就要说,*单个周期的降压过程中,时间越长(占空比一定时),传递的能量越多,*那么对变压的要求,就越高,变压器要能储存释放那么多的能量,因此体积就会变大。另外,频率低,周期时间长,电流的纹波就越大,所以,将频率提高,减小单个周期转换的能量,来缩小变压器体积,减小纹波。但是功率MOS管开关时,MOS管,变压器等期间都会产生损耗,开关频率越大,损耗就越大,所以频率不能太高。变压器是有一个效率最高的频率的,工作在这个频率时,变压器效率最高。
    2,变压器实现降压的原理:
    变压器的能量是存储在磁芯上的磁能,这个磁能是初级电能转换过来的,一个周期中,转换进来的磁能要全部转换回电能释放到次级,这样才能一直循环这个步骤。(所以,在设计初次极的开关时要采用断续模式(DCM),以保证磁芯能量全部转换,否则磁芯的能量会积累,很快就损坏了 )采用断续模式不是因为能量完全转换,连续模式也同样是完全转换的,断续和连续是工作模式的不同,断续工作在小功率状态。大功率状态时,使用连续模式,其实,是因为小功率时,用连续模式会有问题,所以才不得不采用断续模式。
    变压器磁能和电能的转化有一个定律:伏秒守恒,即变压器绕组施加一个正向电压与施加时间的乘积必须等于所施加的反向电压与施加时间的乘积。(这是电感伏安关系U=L(di/dt)推到来的,同样由电容的伏安关系I=C(du/dt)也可以推导出安秒守恒:电容充电的电流与时间的乘积等于放电电流与时间的乘积)。
    基于此定律可以得到,降压与占空比有关(按上面的原理,电源只工作在连续模式就可以了,降压只与D有关。但是在上面的基础上,因为小功率工作状态下出现了另外一个问题,为了解决那个问题,必需采用断续工作模式,进而导致降压关系不光要与D有关,还受到了负载的影响)。初级电压高,施加时间短,次级电压低,施加时间长。
    当然,这个时间长短不是绝对时间,而是相对时间,即初级和次级的相对时间。初级侧,导通时间占周期的比值,占空比。
    这也说明,变压与频率无关。
    从上面的考虑来说,变压确实与频率无关,因为我们是采用脉宽调制技术来调压的,但是,我们的电源不是只工作在脉宽调制的模式下,还有频率调节模式。就是在低功率输出时,不需要太高的工作频率,那样太浪费了,然后就会切换使用频率调节模式,这时候,变压就与频率有关了
    但所谓的伏秒守恒,其实其本质是能量的守恒。其表现形式与电感的伏安特性:U=L(di/dt)有关;
    3,变压器的辅助绕组的工作原理:
    变压器辅助绕组,其实可以看作是另外一个次级绕组,在初级绕组导通时,其和次级绕组是一样的,不过辅助绕组的线圈比次级多,所以电压是30V左右。当初级绕组断开时,次级绕组也会像初级绕组一样,产生漏感的电压,所以辅助绕组的回路中既有次级绕组的整流电容,也有初级绕组的吸收回路。

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多路开关的工作原理