1. U1 (LM2596S-ADJ)

U1 (LM2596S-ADJ) — это регулируемый понижающий стабилизатор напряжения (DC-DC преобразователь). Этот чип отвечает за управление процессом преобразования напряжения, обеспечивая стабильное выходное напряжение независимо от изменений входного напряжения и нагрузки.

Основные функции U1 включают:

• Управление коммутацией: Встроенный транзистор коммутирует ток через индуктор, что позволяет эффективно регулировать выходное напряжение.
• Регулирование выходного напряжения: Благодаря регулируемому делителю напряжения, микросхема поддерживает заданный уровень выходного напряжения.
• Защиты: Встроенные защиты от перегрузки по току, перегрева и короткого замыкания обеспечивают безопасную и надежную работу модуля.

2. VIN — Входное напряжение

VIN — это входное напряжение, которое подается на стабилизатор. Оно может варьироваться от 3.3 В до 40 В, что позволяет использовать модуль в различных электронных устройствах с разными источниками питания.

3. VOUT — Выходное напряжение

VOUT — это выходное напряжение стабилизатора, которое можно регулировать в диапазоне от 1.25 В до 35 В. Благодаря регулировке делителя напряжения, пользователь может настраивать выходное напряжение в соответствии с потребностями своего проекта.

4. FB (Feedback) — Вывод обратной связи

FB (Feedback) — это вывод обратной связи, который используется для регулирования выходного напряжения. Напряжение с выхода подается через делитель напряжения на этот вывод, где оно сравнивается с опорным напряжением микросхемы. Это позволяет стабилизатору поддерживать стабильное выходное напряжение.

5. GND — Общий (земля)

GND — это общий или земляной вывод модуля, который служит общей точкой для всех компонентов схемы. Он обеспечивает стабильный потенциал для всех электрических элементов модуля.

6. ON/OFF — Вывод для управления питанием

ON/OFF — это вывод, который позволяет включать и выключать стабилизатор с помощью GPIO (General Purpose Input/Output) микроконтроллера. Это дает возможность программно контролировать питание модуля, что особенно полезно во встроенных системах и проектах с автоматическим управлением.

7. L1 — Индуктивность

L1 — это индуктивность с номиналом 47 мкГн, которая используется для сглаживания импульсов и стабилизации выходного напряжения. Индуктор накапливает энергию во время фазы включения транзистора и отдает ее во время фазы выключения, что способствует стабильности выходного напряжения.

8. D1 (SS34) — Диод Шоттки

D1 (SS34) — это диод Шоттки, который предотвращает обратный ток в индуктивности. Во время фазы выключения транзистора диод становится проводящим, позволяя току проходить через него к нагрузке и возвращаться к индуктору, замыкая контур.

9. R1 и R2 — Резисторы для делителя напряжения

R1 и R2 — это резисторы, которые формируют делитель напряжения для вывода обратной связи FB.

где:

• R1 = 1.2 кОм
• R2 = 22 кОм

10. C1 и C2 — Конденсаторы сглаживания

C1 (100 нФ) и C2 (100 μF, 50V) — это конденсаторы, которые сглаживают входное напряжение, уменьшая помехи и обеспечивая стабильность работы модуля. Они фильтруют высокочастотные шумы и обеспечивают чистое напряжение для стабилизатора.

11. CF — Конденсатор фильтрации шумов

CF (470 пФ) — это конденсатор для фильтрации шумов в цепи обратной связи FB. Он помогает устранять высокочастотные помехи, обеспечивая точное регулирование выходного напряжения без влияния шумов.

12. D2 — Светодиод индикации

D2 — это светодиод, который сигнализирует о наличии выходного напряжения VOUT+. Он позволяет визуально проверить, работает ли стабилизатор надлежащим образом и присутствует ли выходное напряжение.

13. R3 (1 кОм) — Резистор ограничения тока

R3 (1 кОм) — это резистор для ограничения тока через светодиод D2. Он предотвращает перегрузку светодиода, обеспечивая его безопасную и долгую работу.

14. C3 (220 μF, 50V) — Выходной конденсатор

C3 (220 μF, 50V) — это выходной конденсатор, который фильтрует выходное напряжение, обеспечивая его стабильность и уменьшая пульсации. Он накапливает энергию и позволяет обеспечить плавное напряжение на выходе, даже при изменяющихся условиях нагрузки.

1. Расчет для регулируемого модуля

LM2596ADJ — это понижающий (buck) импульсный стабилизатор напряжения с возможностью регулирования выходного напряжения с помощью внешнего делителя напряжения. Задача состоит в том, чтобы рассчитать значения резисторов в делителе напряжения для получения регулируемого диапазона выходного напряжения от 1.25 В до 35 В.

2. Основная формула расчета выходного напряжения

Выходное напряжение \( V_{\text{out}} \) определяется по формуле:

где:

• \( V_{\text{ref}} \) — опорное напряжение микросхемы (обычно 1.23 В или 1.25 В).
• \( R1 \) — резистор между входом обратной связи (FB) и землей.
• \( R2 \) — резистор между выходом (V_{\text{out}}) и FB.

3. Расчет соотношения резисторов

Для диапазона выходного напряжения от 1.25 В до 35 В нужно определить соответствующие значения \( R1 \) и \( R2 \).

3.1. Для минимального выходного напряжения \( V_{\text{out(min)}} = 1.25\,\text{В} \)

Подставляем значения в формулу:

Так как \( V_{\text{ref}} = 1.25\,\text{В} \), получаем:

Отсюда:

То есть, \( R2_{\text{min}} = 0\,Ω \).

3.2. Для максимального выходного напряжения \( V_{\text{out(max)}} = 35\,\text{В} \)

Подставляем значения в формулу:

Решаем относительно \( \dfrac{R2_{\text{max}}}{R1} \):

4. Выбор значений резисторов

4.1. Выбор \( R1 \)

Обычно выбирают \( R1 = 1\,\text{kΩ} \) для обеспечения достаточного тока через делитель напряжения.

4.2. Расчет \( R2_{\text{max}} \)

Используя соотношение \( \дfrac{R2_{\text{max}}}{R1} = 27 \):

5. Использование потенциометра

Для регулирования выходного напряжения от 1.25 В до 35 В можно использовать потенциометр на \( 27\,\text{kΩ} \). Так как потенциометры на такое значение могут быть редкими, можно использовать стандартный потенциометр на \( 25\,\text{kΩ} \) с добавлением фиксированного резистора.

5.1. Схема подключения

• Фиксированный резистор \( R_{\text{fixed}} = 2\,\text{kΩ} \) подключается последовательно с потенциометром \( R_{\text{pot}} = 25\,\text{kΩ} \).
• Общее сопротивление \( R2_{\text{max}} = R_{\text{fixed}} + R_{\text{pot}} = 27\,\text{kΩ} \).

6. Проверка расчетов

6.1. Минимальное выходное напряжение

Когда \( R2 = 0\,Ω \):

6.2. Максимальное выходное напряжение

Когда \( R2 = 27\,\text{kΩ} \):

1. Стандартные компоненты и экономичность

Производители стремятся снизить стоимость продукции и упростить процесс производства. Потенциометры на 10 кОм являются распространенными, доступными и дешевыми компонентами. Использование стандартных значений позволяет уменьшить сложность закупки и сборки схемы, а также обеспечивает совместимость с другими компонентами и модулями.

2. Оптимизация диапазона регулирования

Для достижения широкого диапазона выходного напряжения, производители используют комбинацию фиксированных резисторов с потенциометром. Уменьшая значение резистора R1, потенциометр на 10 кОм может обеспечить достаточный диапазон регулирования выходного напряжения.

2.1. Расчет с уменьшенным значением R1

Предположим, что мы выбрали R1 = 240 Ω. Использование потенциометра на 10 кОм позволяет достичь необходимого соотношения R2/R1 для установки желаемого диапазона выходного напряжения.

Таким образом, потенциометр на 10 кОм вместе с фиксированным резистором обеспечивает достаточный диапазон регулирования.

3. Использование дополнительных резисторов для точной настройки

Чтобы точно достичь диапазона от 1.25 В до 35 В, производители часто добавляют фиксированные резисторы параллельно или последовательно с потенциометром. Например, использование фиксированного резистора 2 кОм последовательно с потенциометром 10 кОм позволяет увеличить максимальное сопротивление до 12 кОм.

Это обеспечивает необходимый диапазон регулирования выходного напряжения: \[ V_{\text{out(max)}} = V_{\text{ref}} \left(1 + \дfrac{R2_{\text{total}}}{R1}\right) = 1.25\,\text{В} \left(1 + \дfrac{12\,\text{kΩ}}{240\,Ω}\right) = 1.25\,\text{В} \times 51 = 63.75\,\text{В} \]

Так как это значение превышает желаемые 35 В, фиксированный резистор можно скорректировать или использовать потенциометр с уменьшенным максимальным сопротивлением, например, параллельно с фиксированным резистором для достижения необходимых параметров.

4. Баланс между диапазоном регулирования и стабильностью

Использование потенциометра на 10 кОм позволяет обеспечить плавное и стабильное регулирование выходного напряжения без значительных сдвигов или нестабильностей в схеме. Потенциометр с большим сопротивлением не потребляет значительного тока, снижая потери мощности и повышая эффективность преобразователя.

5. Практичность и надежность

Потенциометры на 10 кОм хорошо зарекомендовали себя как надежные и долговечные компоненты. Они выдерживают многочисленные циклы регулирования без значительных износов или изменений в характеристиках, что делает их идеальными для использования в стабильных модулях питания.

6. Примеры расчета с потенциометром на 10 кОм

Вот пример расчета подключения потенциометра на 10 кОм вместе с фиксированным резистором для достижения желаемого диапазона выходного напряжения:

Для достижения более точного значения 35 В можно использовать потенциометр с меньшим максимальным сопротивлением или добавить дополнительный резистор:

Следовательно, можно использовать потенциометр на 10 кОм параллельно с резистором 6.48 кОм для достижения нужного значения:

Это позволяет достичь точного значения выходного напряжения 35 В с помощью стандартного потенциометра на 10 кОм.