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摘要：作为本科教育的素质教育中重要一环-实践环节，我校电工电子设计是理工科必修的实训课程，在这门课中，无一例外的要使用可调稳压电源。为了满足我校电工电子实训课程的迫切需要，研制了基于开关电源芯片LM2596的无级可调直流稳压电源。本文主要介绍基于开关电源芯片LM2596的无级可调直流稳压电源的主要组成部分、工作原理及设计、实现。
关键词：开关电源芯片LM2596；无级；可调直流电压源；
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）27-0258-03
The Design and Implementation of Output Stepless Dc Stabilized Voltage Supply Based on LM2596
ZHENG Qi，LIU Lin，CHEN Mu，SHANG Dong-Mei
（Xi’an University of Science and Technology，Engineering Training Center，Xi’an 710000，China）
Abstract：As an important part in quality-oriented education of undergraduate education practice， in our school the training course in science and engineering is compulsory ， electrical and electronic design in this course， with no exception of adjustable regulated power supply is used. In order to meet the urgent needs of the electrical and electronic training courses in our school， has been developed stepless adjustable dc regulated power supply，which is Based on LM2596. This paper mainly introduces the main part of stepless adjustable dc regulated power supply， working principle and application.
Key words：LM2596；stepless. Adjustable dc voltage source
作为理工科类大学生锻炼动手能力的最基础的电工电子实训课程-电工电子设计实训课程是我校面向理工类本科生的必选基础实训课程，覆盖面大、学生多、工作量大。提供给学生选择及要求学生选做的多个实训套件需要的电源电压不同。为了能够提供实训中不同套件所要求的电源电压，需要具有可调直流稳压电源。本文所述电源为基于开关电源芯片LM2596的无级可调直流稳压电源。基于该实训课程需要的所购的可调直流稳压电源成本较高，数量有限，故研制该仪器以解决现存问题。该基于开关电源芯片LM2596的无级可调直流稳压电源比专门的仪器相比，体积小巧，价格低廉、功耗低、效率高、使用方便。
1 基于开关电源芯片LM2596的无级可调直流稳压电源的主要性能
可调直流稳压电源能够任意输出1.3-37V±4%以内的直流电压。
2 电原理图、方案及设计
2.1 无级可调直流稳压电源
本电源电路主要应用了LM2596-ADJ。LM2596-ADJ是降压型开关电源芯片。其输出电压范围是1.2V-37V，最大负载电流为3A。线性和负载调节特性优秀。主要电路中只需外接4个元器件便可调节输出电压。芯片内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz，方便使用较小规格的滤波元件，进而降低了体积、重量、损耗和成本。在一定的输入电压和输出负载情况下，输出电压误差在4%的范围内，振荡频率误差范围为15%内，待机电流可仅为80uA，实现外部断电，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）。本文中LM2596-ADJ封装形式为TO-220（T），需要外加散热片。
VOUT=1.23V*（1 R2/R1）
在PCB板设计时，外接元器件尽量靠近LM2596-ADJ，用地线屏蔽或单点接地，使用磁屏蔽电感器。若使用的电感磁芯开放，且电感通量与敏感的反馈线交叉，则集成芯片的地线及输出电容COUT的连线可能会出现问题。反馈电阻要靠近IC，相关的连线要远离电感。
2.2 可调直流电压源电原理图
如图1所示。
用公式中的E*T值，从图2的纵坐标中找到相匹配的电感序号，横坐标上选择电路最大的负载电流；由E*T值和最大负载电流的交叉点确定一个电感区域，每个区域都由一个电感值和一个电感序号（LXX）对应。从图3所列厂家的元件号选择适当的电感，最好为磁屏蔽电感。本文选用68uH的电感。
3） 输出电容COUT 的确定：
输出电容对输出滤波及提高环路的稳定性。大多数情况下使用82uF～820uF之间的低等效电阻电解电容或固態钽电容，电容靠近IC，管脚和连接铜线尽量短。为了简化电容选择，参阅表1，该表包含了最好的设计方案所需的不同输出电压和输出电容。电容的耐压至少是输出电压的5倍。有时，为得到较低纹波的输出电压，需要更高的电容耐压值。本文选用220uF/50V的电解电容。
4） 前馈电容CFF： 输出电压较大时，需要一个典型值在100pF～33nF之间的补偿电容，与输出电压调节电阻R2并联，其作用是对反馈回路进行补偿和增加相位裕量以提高环路的稳定度。对于高输出电压、低输入-输出电压时和/或低等效电阻的输出电容时，这个电容使电路更加稳定，如固态钽电容。选择仍然参考表1中的相应前馈电容值。本文选用33nF的瓷片电容。
CFF=1/（31*1000*R2）
这个电容可以是瓷片电容、塑胶或云母电容。
5） 吸纳二极管（D1）的选取：
吸纳二极管最大承受电流能力最少为最大负载电流的1.3倍，若设计的电源要承受连续地短路输出，则吸纳二极管最大承受电流等于LM2596的极限输出电流。其功能是当开关闭合时为电感電流提供通路。
吸纳二极管的反向电压至少为最大输出电压的1.25倍；吸纳二极管必须是快恢复二极管，必须靠近IC、管脚和连接的铜线要短，首选肖特基二极管，此处选用1N5825肖特基二极管。
6） 输入电容CIN ：
输入电容为低等效电阻的电解电容或钽电容，同样要靠近IC，直流负载电流要超过输入电容电流的均方根的一倍。对于铝电解电容，最大输入电压为其耐压值的2/3；对于钽电容，选择生产厂家测试过浪涌电流的电容。按照图4所示的曲线图选择合适的输入电容。该电容是防止输入端出现过大的瞬态电压，同时为LM2596-ADJ在每次开关时提供瞬态电流。本文选用680uF/50V的电解电容。
3 基于开关电源芯片LM2596的无级可调直流稳压电源的应用及使用
3.1 基于开关电源芯片LM2596的无级可调直流稳压电源的应用
该设备可作为需要直流电压源套件的电源：收音机电源、门铃电源、报警器电源、功放电源、51单片机电源等。
3.2 基于开关电源芯片LM2596的无级可调直流稳压电源的使用
输出端正极（红鳄鱼夹）接电路正极，输出端负极（黑鳄鱼夹）接电路负极。将220V的电源线插头插在市电插座上。打开电源开关，直流电压源指示灯（红）亮，调节旋钮，输出电压变化，其值显示在电压表头上。
参考文献：
[1] 姜爱婷，杨毅，杨静，高频开关直流屏的设计[J].山东工业技术，2013，12： 41-38.
[2] 王国雨.客运专线通信电源系统的设计[J].铁道勘测与设计，2010，5：122-125.
[3] 史小波.直流操作电源智能监控系统的设计[J].工程与试验，2011，3： 66-69. [通联编辑： ]
关键词：开关电源芯片LM2596；无级；可调直流电压源；
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）27-0258-03
The Design and Implementation of Output Stepless Dc Stabilized Voltage Supply Based on LM2596
ZHENG Qi，LIU Lin，CHEN Mu，SHANG Dong-Mei
（Xi’an University of Science and Technology，Engineering Training Center，Xi’an 710000，China）
Abstract：As an important part in quality-oriented education of undergraduate education practice， in our school the training course in science and engineering is compulsory ， electrical and electronic design in this course， with no exception of adjustable regulated power supply is used. In order to meet the urgent needs of the electrical and electronic training courses in our school， has been developed stepless adjustable dc regulated power supply，which is Based on LM2596. This paper mainly introduces the main part of stepless adjustable dc regulated power supply， working principle and application.
Key words：LM2596；stepless. Adjustable dc voltage source
作为理工科类大学生锻炼动手能力的最基础的电工电子实训课程-电工电子设计实训课程是我校面向理工类本科生的必选基础实训课程，覆盖面大、学生多、工作量大。提供给学生选择及要求学生选做的多个实训套件需要的电源电压不同。为了能够提供实训中不同套件所要求的电源电压，需要具有可调直流稳压电源。本文所述电源为基于开关电源芯片LM2596的无级可调直流稳压电源。基于该实训课程需要的所购的可调直流稳压电源成本较高，数量有限，故研制该仪器以解决现存问题。该基于开关电源芯片LM2596的无级可调直流稳压电源比专门的仪器相比，体积小巧，价格低廉、功耗低、效率高、使用方便。
1 基于开关电源芯片LM2596的无级可调直流稳压电源的主要性能
可调直流稳压电源能够任意输出1.3-37V±4%以内的直流电压。
2 电原理图、方案及设计
2.1 无级可调直流稳压电源
本电源电路主要应用了LM2596-ADJ。LM2596-ADJ是降压型开关电源芯片。其输出电压范围是1.2V-37V，最大负载电流为3A。线性和负载调节特性优秀。主要电路中只需外接4个元器件便可调节输出电压。芯片内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz，方便使用较小规格的滤波元件，进而降低了体积、重量、损耗和成本。在一定的输入电压和输出负载情况下，输出电压误差在4%的范围内，振荡频率误差范围为15%内，待机电流可仅为80uA，实现外部断电，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）。本文中LM2596-ADJ封装形式为TO-220（T），需要外加散热片。
VOUT=1.23V*（1 R2/R1）
在PCB板设计时，外接元器件尽量靠近LM2596-ADJ，用地线屏蔽或单点接地，使用磁屏蔽电感器。若使用的电感磁芯开放，且电感通量与敏感的反馈线交叉，则集成芯片的地线及输出电容COUT的连线可能会出现问题。反馈电阻要靠近IC，相关的连线要远离电感。
2.2 可调直流电压源电原理图
如图1所示。
用公式中的E*T值，从图2的纵坐标中找到相匹配的电感序号，横坐标上选择电路最大的负载电流；由E*T值和最大负载电流的交叉点确定一个电感区域，每个区域都由一个电感值和一个电感序号（LXX）对应。从图3所列厂家的元件号选择适当的电感，最好为磁屏蔽电感。本文选用68uH的电感。
3） 输出电容COUT 的确定：
输出电容对输出滤波及提高环路的稳定性。大多数情况下使用82uF～820uF之间的低等效电阻电解电容或固態钽电容，电容靠近IC，管脚和连接铜线尽量短。为了简化电容选择，参阅表1，该表包含了最好的设计方案所需的不同输出电压和输出电容。电容的耐压至少是输出电压的5倍。有时，为得到较低纹波的输出电压，需要更高的电容耐压值。本文选用220uF/50V的电解电容。
4） 前馈电容CFF： 输出电压较大时，需要一个典型值在100pF～33nF之间的补偿电容，与输出电压调节电阻R2并联，其作用是对反馈回路进行补偿和增加相位裕量以提高环路的稳定度。对于高输出电压、低输入-输出电压时和/或低等效电阻的输出电容时，这个电容使电路更加稳定，如固态钽电容。选择仍然参考表1中的相应前馈电容值。本文选用33nF的瓷片电容。
CFF=1/（31*1000*R2）
这个电容可以是瓷片电容、塑胶或云母电容。
5） 吸纳二极管（D1）的选取：
吸纳二极管最大承受电流能力最少为最大负载电流的1.3倍，若设计的电源要承受连续地短路输出，则吸纳二极管最大承受电流等于LM2596的极限输出电流。其功能是当开关闭合时为电感電流提供通路。
吸纳二极管的反向电压至少为最大输出电压的1.25倍；吸纳二极管必须是快恢复二极管，必须靠近IC、管脚和连接的铜线要短，首选肖特基二极管，此处选用1N5825肖特基二极管。
6） 输入电容CIN ：
输入电容为低等效电阻的电解电容或钽电容，同样要靠近IC，直流负载电流要超过输入电容电流的均方根的一倍。对于铝电解电容，最大输入电压为其耐压值的2/3；对于钽电容，选择生产厂家测试过浪涌电流的电容。按照图4所示的曲线图选择合适的输入电容。该电容是防止输入端出现过大的瞬态电压，同时为LM2596-ADJ在每次开关时提供瞬态电流。本文选用680uF/50V的电解电容。
3 基于开关电源芯片LM2596的无级可调直流稳压电源的应用及使用
3.1 基于开关电源芯片LM2596的无级可调直流稳压电源的应用
该设备可作为需要直流电压源套件的电源：收音机电源、门铃电源、报警器电源、功放电源、51单片机电源等。
3.2 基于开关电源芯片LM2596的无级可调直流稳压电源的使用
输出端正极（红鳄鱼夹）接电路正极，输出端负极（黑鳄鱼夹）接电路负极。将220V的电源线插头插在市电插座上。打开电源开关，直流电压源指示灯（红）亮，调节旋钮，输出电压变化，其值显示在电压表头上。
参考文献：
[1] 姜爱婷，杨毅，杨静，高频开关直流屏的设计[J].山东工业技术，2013，12： 41-38.
[2] 王国雨.客运专线通信电源系统的设计[J].铁道勘测与设计，2010，5：122-125.
[3] 史小波.直流操作电源智能监控系统的设计[J].工程与试验，2011，3： 66-69. [通联编辑： ]