下载文档原格式
基于-LM2596的DC~DC电路分析电路总体说明LM2596属于DC-DC 开关电源的BUCK 类电压反馈式的降压型电源管理集成电路，能够输出5V/3A 的驱动电流，开关频率150KHz 。
在本电路（图1）中应用了其固定的工作模式，输入电压Vin=7~32V,输出电压Vout=5V 。
图1如图1所示，为了防止在输入端出现大的瞬态电压，在输入端和地之间加入一个低ESR 的电容作为旁路电容。
U1、D1、L1、C2构成基本的BUCK 类电路。
同时L1、C2也构成了一个低通滤波器，截止频率1*1121C L f π==892Hz 。
该电路的纹波电压 fC V out ax ripple *I m = 其中ax m I 为输出电流的最大值，out C 为输出的等效电容，f 为开关频率从上式可以看出在开关频率不可改变的情况下，加大输出电容可以减小输出的电压纹波或者采用并联的方式减小ESR 值或者使用低ESR 值的电容以减小输出纹波。
一、在不接入后级低通滤波器时在不接入后级低通滤波器时，由其自身的电感和电容进行一次滤波，截止频率为892Hz。
实验结构如下：1、不带负载时测量其输出纹波电压，示波器截图如图2，纹波电压在8mv左右。
图22、在接入纯电阻负载时，测量其输出纹波电压，示波器截图如图3，纹波在70mv左右图33、在接入混合型负载时，测量其输出纹波电压，示波器截图如图4，纹波电压也在58mv 左右图4二、加入后级低通滤波器时为了适应电源工作环境和负载的需要，需要将纹波电压降低。
故要在输出端加入后级低通滤波器以进一步降低电压纹波至10mv以下。
所加入的后级低通滤波器的截止频率)54(*4221C C L f +=π=1079Hz 单从滤波器的角度看：由L1、C1构成的前级低通滤波器和由L2、C4、C5构成的后级低通滤波器共同构成的二级滤波器的截止频率π2/*23221*4)(32213132212322131C C L L C L C L C L f C C L L C L C L C L -+++++= 将各值代入可得该二级滤波器的截止频率为692Hz 。
基于普通DC/DC芯片的大功率LED恒流驱动电路作者：陈继军来源：《数字技术与应用》2013年第02期摘要：大功率LED的应用越来越广泛，大功率LED恒流驱动器对于开拓大功率LED的相信应用至关重要，本文以LM2596芯片为例，介绍了普通的恒流驱动电路以及高效率改进型恒流驱动电路，最后给出相应设计结果。
关键词：LED 大功率恒流驱动中图分类号：TN710 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）02-0161-021 引言近年来，LED显示屏迅速发展，基于对LED的高可靠性以及亮度和色度一致性的考虑，通常要对LED进行恒流驱动。
图1是从CREE公司的XPE系列大功率LED规格书中摘取的一个正向特性曲线：由此特性曲线可以知道，LED的伏安特性是电流随电压的变化呈指数关系，电压从3V增大到3.5V，电流增大了5倍，电压的一点点波动，会引起电流的明显变化，甚至可能超过安全工作区域。
LED不能采用恒压驱动，而必须使用恒流驱动，以确保LED器件可以工作在符合要求的工作点上。
2 普通降压型DCDC普通减压型变换器是通过控制内部开关的开启占空比来获得稳定的输出电压，一个很常见的DCDC变换器的参考电路如下（如图2）：由此可见，DC变换器输出的是一个固定的电压值，在输入电压的变化范围内，输出电压始终保持在固定的一个值，输出电流完全按照后面电路来定，无法做到恒流输出。
恒流源和恒压源在电路上的差别反应在两者的采样电路采集的对象不一样。
恒压源为了保持输出电压的恒定，需要实时对输出电压跟踪、控制，在负载变化的情况下使输出电压不随负载的变化而变化，而恒流源是指在负载变化的情况下，稳压器能根据负载的变化相应调整输出电压，保持输出电流不变，恒流源采样电路采集的是输出的电流信号，但实际上采集的是经过I/V转换后反应电流大小的电压信号，因此，把输出的电流信号转换成电压号，输入到DC/DC 开关稳压器的反馈引脚，就能实现恒压源到恒流源的转变。
基于LM2596的不间断直流电源设计方案 在主电源断电时，电路通过继电器自动将蓄电池切入，给设备供电。
在主电源正常时，以不同模式给蓄电池充电：当电压大于设定值时，恒压充电；当电压低于设定值时，恒流充电。
测试结果证明该系统可以通过继电器对电路进行过流保护与欠压保护。
0 引言 该设计方案的指标要求： 蓄电池为4.2 V，负载为5 V.为此利用开关电压调节器LM2596 进行DC-DC 变换，具有驱动能力强，线性较好的特点。
该不间断直流电源的主要特点如下：主电源正常时，除可以给设备供电外，还可以以不同模式给蓄电池充电，当电压大于 4.2 V时，切断恒流充电电路，接通恒压充电电路；当电压低于4.2 V时，保持恒流充电；恒压充电由W117 和运放LM324 构成，具有输出稳定，波纹小等特点。
恒流充电由大功率场管IRF640 和运放LM324组成，具有输出电流精度高，纹波小，输出电流受负载影响小等特点；若主电源断电，则自动将蓄电池切入，保持电源不间断。
1 系统设计方案 1.1 系统总体框图 根据系统设计要求，该不间断直流电源具有：在无交流电源时，不间断给设备供电；交流电源正常时，有恒压充电和恒流充电两种模式；综合设计要求，形成系统框图如图1所示。
1.2 DC-DC变换器方案的选择 采用开关电压调节器LM2596，能够输出3 A 的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性，可固定输出3.3 V，5 V，12 V 三种电压，也可实现在1.2~37 V之间的可调输出。
该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150 kHz，与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。
由于该器件只需4 个外接元件，可以使用通用的标准电感，这更简化了LM2596 的使用，极大地简化了开关电源电路的设计。
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。
第十四届全国电源撞术年会论文集降压型功率变换器LM2596的原理及应用蒋玉萍中国运载火箭技术研究院(100076)摘要：本文介绍降压型功率变换器I．M2596的原理和应用。
叙词弋竖璺兰銮i姆开关电源ADJ。
LM2596控制芯片的工作频率为1501Cttz，其最大电流驱动I引言能力为3A，只需极少量的外围元件就可以实现辟压变换，大大LM7．596系列控制器是美国国家半导体公司推出的降压型开简化了小型开关电源的设计步骤，鳙短了开发周期。
关电源控制芯片，适用于简易高频降压变换器、扳上开关变换2特点和引脚说明器以及正负输出变换器。
该芯片具有四种不同的型号，输出电LM2596采用5脚TO一220(r)和5脚TO一263(s)封装，压分别为3．3v、5．OV、12V和可调输出四种，对应型号分别为：U心孵6T一3．3、删9耵一．5．0、u伫596T—12和U嘶T—如图I所示。
引坤50N，0FF引囊4Feed ma ck引朋3舒锄-d引箨201ln P at}胂l n_图l LM2596引脚封装2．1特点电压信号影响周围的敏感电路，线路板爱锕区需直接与该脚相LM2596系列控制芯片具有以下特点：连。
(1)具有四种不同的输出电压可供选择：3．3V、5．0V、(3)Gnxa,cl(引脚3)：信号地。
12V、可调：(4)Feedback(引脚4)：输出电压拉测端，构成反馈回路。
(2)可词输出电压范围为1．2v一37V±4％；(5)ON／OFF(引脚5)：通过该脚可以控制芯片的工作状(3)最大输出负载驱动电流3A；态。
当滚脚上的电压低于1．3V时，菩片进入工作状态；当该(4)输入电压最高可达40V；脚上的电压高于1．3v时(最高可达到25V)，芯片进人睡眠状(5)只需4个外国元件即可实现降压变换；态。
芯片进^睡眠状态后，所需供电电流仅为80,t工A。
如果该引(6)内置150Ⅺb定频振荡器；脚接地或悬空，则睡眠状态被屏蔽，芯片将始终处于工作状态。
图1 DC/DC 开关稳压器原理框图DC/DC 开关稳压器输出电压:I 阿二（1+与-）x1』 t\ 1其中Vref 为DC/DC 开关稳压器内部自带的基准电压或者用户外接的基准电压, 路，用于设置输出电压的大小。
当输出电压Vout 因负载变化而变化时，反馈电压Vf 也随着变化，DC/DC 稳压基于 LM2596-ADJ DC/DC稳压器的高效率恒流稳压电源设计开关恒流稳压电源LED DC/DC当前全球能源紧缺日益加剧，制约着经济的发展，节能成为人类面临的重要课题。
在照明领域，被称为第 照明光源或绿色光源的 LED 照明产品以节能、环保、寿命长、体积小、坚固耐用等特点吸引着世人的目光。
由于LED 的伏安特性呈现非线性且伏安特性具有负温度系数的特点，以及生产工艺和生产水平的差异，不 同生产厂家生产的同样功率等级的大功率 LED 伏安特性存在差异，即使是同一厂家生产的同一批次的LED ，个 体间的正向压降也存在一定差异等原因，为了减少 LED 的光衰，延长LED 的使用寿命，LED 的驱动电源采用低 压直流恒流电源。
目前，安森美、 TI 等世界知名半导体器件公司均推出了适合 LED 驱动的DC/DC 专用恒流控 制集成电路， 如NCP3066、TPS40211DG 等，该类集成电路具有较高的转换效率，但该类集成电路价格相对较 高，市面上不易购买。
针对该问题，本文阐述了基于市面常用的 DC/DC 开关稳压器的恒流稳压电源的通用设计 方法，并给出相关设计实例以及相关测试数据。
1基于DC/DC 稳压器的恒流稳压电源设计 DC/DC 开关稳压器自问世以来，广泛应用于各种电子设备中，用作恒压源，当负载电流在额定范围内变化 时，其输出电压保持不变。
DC/DC 开关稳压器的原理框图如图 1所示。
Ojt pjtInputF BiirjilU T■■ ■R1、R2构成输出电压采样电器内部的控制电路根据反馈电压Vf （采样电压）与 Vref 差值的大小来适当调整功率变换电路的控制参数（如PWM 的占空比等），使输出电压稳定在一个固定的值，达到稳压的目的。
恒流源和恒压源在电路上的差别反应在两者的采样电路采集的对象不一样。
恒压源为了保持输出电压的恒 定，需要实时对输出电压跟踪、控制，在负载变化的情况下使输出电压不随负载的变化而变化，而恒流源是指 在负载变化的情况下，稳压器能根据负载的变化相应调整输出电压，保持输出电流不变，恒流源采样电路采集I/V 转换后反应电流大小的电压信号，因此，把输出的电流信号转换成电压信号，输入到DC/DC 开关稳压器的反馈引脚，就能实现恒压源到恒流源的转变，如图从式（1 ）、（ 2）看出，采样电阻 RS 将电流的变化转化为电压的变化， DC/DC 开关稳压器根据变化的量，通过调整相关控制参数，调节其输出电压，从而达到恒流的目的。
2改进方案的是输出的电流信号，但实际上采集的是经过 2所示。
图 2 DC/DC DC/DC 压器设计的,OatpjtT 虽査放久电r II \ rel开关恒流源原理框图开关恒流驱动基于可调输出的IT —DC/DC 开关稳压器设计，即输出电压采样电路外置的 DC/DC 开关稳而固定输出的开关稳压器是不能设计成恒流源的。
无论是功率管集成的还是外置的可调输出的DC/DC 开关稳压器，均可设计成恒流源。
实质上，固定电压输出的 DC/DC 开关稳压器是其内部集成了电压采样电路，对外没有设置反馈引脚，电流反馈信号无法引入误差放大电路，从而不能设计成恒流源。
在图2中，恒流源输出电流值:由于Vref 为定值，改变 Rs 即可改变输出电流值。
恒流原理用式（ 1 ）、（ 2 ）来说明。
r|<JF?"匸匸三抽整（I 广1 G>*JE T>Ul *DC/DC开关稳压器内部集成的常见的基准电压有 1.23 V、1.25 V、2.5 V和5 V等，若按图2所示，设计成恒流源给工作电流为350 mA的单颗1 W的白光LED供电时，以准电压为Vref=1.23 V 为例，采样电阻上的损耗为1.23 X 0.35=0.430 5 W ，忽略DC/DC变换器及其他损耗，电源的最高效率为:若为工作电流为700 mA的单颗3 W的白光LED供电时，采样电阻上的损耗则更大。
为了降低功耗，提高效率，应该尽量选用小阻值采样电阻，但采用小阻值的采样电阻后，图2中的反馈电压Vref变小，输出电流不能达到理想值，为了满足需求，提高电路对输出电流变化进行控制的灵敏度，提高恒流精度，需要增加放大电路对采样信号放大，如图3所示。
OutJnput欢直屯昨丄f 一1列! AL 4图3改进的DG/DC开英靶激Jfe尿理框囲图3改进的DC/DC开关恒流源原理框图当电路进入恒流工作状态时，输出电流lout满足式（3）:一般来说，运算放大器的增益都能做到很大，这样电路中就可以采用很小的采样电阻，从而达到降低损耗、提高效率的目的。
假设采样电阻采用0.1 Q,同样为工作电流为350 mA的单颗1 W的白光LED供电时，在采样电阻上的损耗为0.012 25 W.一般来说，通用的运算放大器的工作电流和最大工作电压分别在 1 mA和30 V左右，加上运算放大器及其附属电路的损耗，增加的电路的总损耗大约0.05 W左右，忽略DC/DC变换器及其他损耗，效率最高可达:)xl()()%=69.24%效率明显提高。
将式（3）变换得出:人尸（人什魚）x/t由式（4）可以看出，合理设置电阻Rf、R1和Rs的值，即可获得所需的输出电流值，并能获得理想的效率。
(4)3设计实例目前，在市面上可以找到很多价格低廉、性能优良的可调输出的 如 LM2577 -ADJ 、LM2596 -ADJ 、LT1086 -ADJ 、TL494、MC34063 等，LM2596-ADJ 是 LM2596 中可调输出电压的电源管理单片集成电路，内部集成固定频率发生电路以及频率补偿电路，最大输出电流可达 耗小（待机电流仅80 uA ）、效率高、过热保护和限流保护功能、很好的线性和负载调节、外围电路简单等特性。
图4所示是基于LM2596-ADJ 的LED 开关恒流稳压电源。
电流控制环由运算放大器U2B 、R7、R3、C2、R6、R2、C5组成。
电源的输出电流lout 由式（7）表示。
"斥必（1+用2〃"）R4、C6、ZD1构成运算放大器的供电稳压电路，保证给运算放大器的供电电压不超过其最大允许工作电压。
D7组成电压反馈环路和电流反馈回路自动切换控制电路。
当电源工作在恒压模式时，由于负载电流D7导通，D6截止，U2A 的输出不影响U2B 的输出。
2个控制环路中，同时只有一个控制环路起主导控制作用。
当电压控制环路起主导作用时，输出电压不随负载电流的变化而变换，保持恒定值，相当于恒压源；当DC/DC 单片集成开关稳压器或者控制器,3A ，具有功1>15:|如14=[- 1三 iKi iti d-亦LUI ?: ■ J . 1、图4基于LM2596-ADJ 的LED 开关恒流稳压电源该电路中，含有电压控制环路和电流控制环路两个环路。
电压控制环路由运算放大器 U2A 、 R1、 R5 组成,用于控制电源的最大输出电压，其输出电压Vout 由式（5）表示。
I 顽二｛ I +)X ( I p)A 3式（5）中，Vref=1.23 V , VD=0.4 V.由式（5）可以看出，改变 R1和R5的参数就能改变最大输出电压的值。
在LED 驱动电路的实际应用中， Vout 应高于实际的负载电压，并且负载电压 VLoad 应满足式（6），电源才能自动工作于恒流模式。
二（J斥 1+儿」(6)由式（7） 看出，改变 R2、R6或者R7的值，即可改变输出电流的值。
当输出电流较大时, R7可以采用阻值更小的电阻,以降低功耗。
Q1、 D6、 小,U2B 的输出电压 V2小于U2A 的输出电压 V1 ,此时D6导通，D7截止，U2B 的输出不影响 U2A 的输出; 当负载电流增大到设定值时,U2B 的输出电压 V2大于U2A 的输出电压 V1 ,此时电源自动切换到恒流模式,电源输出电流增大，达到设定值时，电源自动转入恒流模式，电流控制环路起主导作用，输出电压随负载的变 化而变换，输出电流值保持恒定，相当于恒流源。
表1和表2是基于LM2596-ADJ 的LED 开关恒流稳压电源的相关实测数据，表（8），且在开关频率为 150 kHz 、开关时间Ts 为0.3 US 的条件下计算而得:汁(/o+l MBT表1效率测试数据输入 屯爪八输入 电逾# \ IJJ)數/个负较 电爪八 输出电 泅\理蹩 实薦24；tC(l 0.^)7 3x( 1 W 1(J..U6KS.32 SI J2 ?4.0?<1 11255 4x( 1 w 》1.<799 0,37(1 9 Un S4,71 24JE(1 0.513 >x ( 1氐） 17.250 0.575 92/19 S6.(U 26.036 (L33() 1 W 1 20.269 0373 93,5S S7.99 2X.O19().3 KJ 6x ( I H} 2( J. 27() f)J76 95.45 S7.75 ，利UKM(J.2S96x ( 1 W }20.2750,37695,32S7.65表2恒流精度测试数据输人电压八 输出电;逾八 i.Kh 数/卜测试仪:吐片T003LJ 数a 厲流隐压电源J LI kr KK{JX\ 5=1/2测试S 件川卜“般热良好式（8）为最理想的开关损耗情况下，Buck 调整器的效率计算公式，式中， Vdc 为电源的输入电压。
1中的理想效率是按照式22.l)2(i(13735x1 1 W ) 24.07(J (1375 5x1 I W )26.( J5(} 1)376 5x1 1 W ) 2s.ni<» 0J765x1 I W ) 50.( WOt)3765x( 1 \V ) □()如(祁765x1 1 \\ i0.376 1 W )gitit从表1的测试数据来看，实测效率与理想效率接近，且超过了 流源转变所增加的小阻值采样电阻以及低功耗的运算放大器等附加电路，并没有明显增加电源的总损耗。
从表2的数据来看，电源的恒流误差小于 1%，具有相当高的恒流精度。
这是因为负载上电流的很小变化，经过运算放大器放大后，都能被控制电路感知，从而使输出电流保持在一个稳定的值。
根据式（7），输出电流:R,x( 1" (k I x( I+43/L0) A但由于电路中的二极管 D7处于微导通状态，导致电源的实际输出电流值与计算值存在一定偏差，但误差很小,可以通过修改反馈电阻的值，获得理想的电流值。
