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【方案介绍】
LM2596系列是德州仪器生产的3A电流输出降压开关型集成稳压芯片,它内含固定频率振荡器(150KHZ)和基准稳压器(1.23v),并具有完善的保护电路、电流限制、热关断电路等。利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。提供的有:3.3V、5V、12V及可调(-ADJ)等多个电压档次产品。目前,在电路中应用比较广泛的是5V电源电路。
在电路设计中,这个芯片由于其平民价格,深得我们的喜爱。与传统7805系列芯片相比,性能稳定;不但能提供高效率,电流输出也能满足较大功率需求。基于LM2596-5芯片设计的M3控制板采用两层板设计,面积100mm*80mm,支持扩展子板辅助MCU,同时集成串口、CAN、网络,USB、SD卡存储,能够满足各种中低端控制项目的应用。
下面说一下该板卡的电源设计方案。该板卡采用三种供电方式: 方式一、采用mini USB 5V电压供电。方式二、采用USB转串口模块的USB 5V供电。方式三、采用外部电压输入,输入电压范围:12V-24V,标准情况下采用12V电压供电,经过LM2596芯片输出5V后,再为3颗AMS117芯片供电,其中一路AMS117专为MCU电路供电。
方案框图如下:
                              


TI  WEBENCH方案设计】
  下面是利用TIWEBENCH工具生成LM2596芯片方案的过程:
  步骤一 开启设计
首先点击工具图标左上角的【电源】及红色字体【开始设计】,如下图:
         
                  



注:在开始设计的时候,一定要选择好参数:【直流】,输入电压:最小12V,最大24V;
输出电压:5V, 输出电流:3.0A
步骤二  选择LM2596芯片开启设计
   点击上面的开启设计后,系统会载入FLASH界面,并出现下面的使用界面:

这个界面中还没有出现LM2596芯片,点击右边的下拉列表框,直到出现LM2596-5芯片,
这里,系统共为我们推荐了84个方案,有些方案是面向高端应用或产品批量化应用,适合贴片大量生产,需要根据自己的需要来进行选择。找到LM2596-5芯片后的界面如下:
                            


到LM2596-5.0这个芯片后,点绿色按钮,出现下面的界面:
                                           


这个界面是生成的最后界面,里面有BOM表,图表,优化选项,热仿真,原理图和设计报告等。通过设计报告可以看出,当方案输入电压12V时,输出电流1.5A时,效率最高,可以实现84%的整体效率。
                                          



步骤三  生成设计报告及导出原理图
点击方案界面的【EXPORT】按钮,可以导出原理图,这里选择常用的AD格式,点击【Design Document】按钮,可以导出完整的设计报告。
          方案导出的电路原理图:
          



【方案比较】
    有了理论的设计报告后,和真实的设计进行对比一下
                        实际方案和WEBENCH设计方案比较

        参数
  
  
ARM板卡实际设计方案
  
  WEBENCH设计方案
  
     设计时间
  
      0.5-1个小时(画原理图)
  
         10分钟
  
  方案整体BOM成本
  
     大约5元(不含散热片)
      10元(带散热片)
  
  约27.1114元(4.43美元)
  (不含税)
  
  方案整体效率
  
    约74.2%(12V输入,电流输出:300mA)
  
         根据效率图,12V输入,0.3A输出  大约79.5%
  
    方案整体面积
  
     800mm2—1000mm2
  
        1467mm2
  
    BOM
  
            11个元件
  
         7个元件  
  
    电路保护
  
            有
  
          输入电压无保护
  


通过图表数据的对比,可以发现,理论设计和实际设计还是有一些差距的。首先,在设计时间上,用WEBENCH完成这个原理图是自动生成的,不过几分钟时间。自己去画的话,考虑做原理图封装的时间,得半个小时以上,还是工具设计快速。在成本方面:TI给出的价格都是按照国际大厂的原装产品价格、其中LM2596 1.8美元,电感1.2美元。而我们实际设计时,采购方式五花八门,像LM2596可以从电子大楼很容易买到,2.5元一片,1个直插电感在1元左右,这样导致成本相差不少。当然,如果要用在野外恶劣环境,采购原装品的话,实际设计方案价格不会低于20元了。经过实际测试,效率与理论值相差不大,但低于理论值,可能是使用的元器件造成的。由于实际设计方案考虑了保护,为了防止电源在插入的过程中反接而导致电路损坏,在设计方案中,设计了保护二极管,可以支持正反插入。另外,更严格要求下,需要增加自恢复保险丝,压敏电阻器件,而WEBENCH工具设计的器件,仅包含基本电路,这些保护电路是没有的。
总之,采用WEBENCH工具设计电源是还是非常方便的,有了这个工具,就省去了选型的麻烦,可以省出时间对电路进行优化设计
下面是实际电路原理图截图:
               

             
   


实际设计方案实物图:

 

 


               

 


     

LM2596缔造平民价格的M3控制板5V电源方案.pdf

LM2596-5设计报告.pdf

 

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  • 这款文雅芯片确实是大众化平民稳压器,像对于我个人而言LM2596-ADJ、3.3V、5V、12V这几种都是经常在使用的芯片,使用的频率也非常高,但是现在市场上有不少假货泛滥,期望TI进行打假,以消除隐患,不过通过正规渠道去购买还是有保障的,特别是一些大型的TI代理商。

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  • 这款文雅芯片确实是大众化平民稳压器,像对于我个人而言LM2596-ADJ、3.3V、5V、12V这几种都是经常在使用的芯片,使用的频率也非常高,但是现在市场上有不少假货泛滥,期望TI进行打假,以消除隐患,不过通过正规渠道去购买还是有保障的,特别是一些大型的TI代理商。

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