LM2596 是一款常用的 DC-DC 降壓調(diào)節(jié)器（Buck Converter），廣泛應用于電源管理、穩(wěn)壓器設計和多種電子設備中。它能夠?qū)⑤^高的輸入電壓轉(zhuǎn)換為較低的輸出電壓，并且在轉(zhuǎn)換過程中能夠保持較高的效率。LM2596 內(nèi)置了電感器，然而它對外部電感器的選擇仍有一定要求。電感器是降壓轉(zhuǎn)換器中不可或缺的一個重要組件，對于系統(tǒng)的穩(wěn)定性、效率以及輸出波形的質(zhì)量都有重要影響。

1. LM2596 降壓調(diào)節(jié)器概述

LM2596 是由 Texas Instruments (德州儀器) 推出的系列降壓電源管理芯片之一，其工作原理基于脈寬調(diào)制（PWM）控制。它采用了內(nèi)部功率 MOSFET 和內(nèi)部電感，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的電壓轉(zhuǎn)換，且具有較低的熱損耗。LM2596 支持輸入電壓范圍從 4V 到 40V，適用于很多應用場景，尤其是那些需要降低高電壓至較低電壓的場合。

LM2596 的典型應用場合包括：

• 電池供電設備的電壓調(diào)節(jié)

• 3D 打印機電源

• Arduino 或其他單片機開發(fā)板電源供電

• LED 驅(qū)動電源

• 充電系統(tǒng)等

2. 電感器在 LM2596 中的作用

在任何 DC-DC 降壓轉(zhuǎn)換器中，電感器都起著至關重要的作用。它與開關元件（通常是 MOSFET）和二極管一起，構(gòu)成了能量存儲和轉(zhuǎn)換的核心電路部分。LM2596 降壓調(diào)節(jié)器雖然內(nèi)部集成了電感器，但在設計時，選用合適的外部電感器對優(yōu)化其性能至關重要。

2.1 電感器的作用

電感器在降壓轉(zhuǎn)換器中主要承擔以下幾個功能：

• 能量存儲：電感器通過在開關周期內(nèi)吸收和釋放能量，調(diào)節(jié)電流的變化。它儲存的能量能夠平滑輸出電壓，降低電壓波動。

• 濾波：電感器與電容器組合使用時，可以有效濾除高頻噪聲和波紋，從而提高輸出電壓的穩(wěn)定性。

• 控制輸出電流：電感器與負載一起決定了電流的傳輸和轉(zhuǎn)換，它直接影響到系統(tǒng)的效率和輸出電流的平穩(wěn)性。

2.2 電感器的選擇

雖然 LM2596 內(nèi)置了電感器，但實際應用中，用戶常常需要為 LM2596 選擇外部電感器。選擇正確的電感器可以顯著提高轉(zhuǎn)換器的效率、降低電磁干擾（EMI）和減小輸出電壓波紋。

選擇外部電感時，需要考慮以下幾個參數(shù)：

• 電感值（L）：LM2596 降壓轉(zhuǎn)換器的工作頻率通常為 150kHz（標準模式），因此選用的電感器需要提供合適的電感值，以確保在轉(zhuǎn)換過程中能儲存足夠的能量。一般來說，LM2596 使用的電感值范圍為 33μH 到 100μH。

• 電流額定值（Isat）：電感器的額定電流決定了它能承受的最大電流。對于 LM2596，外部電感器的額定電流需要大于最大負載電流。

• 直流電阻（DCR）：電感器的直流電阻會影響到系統(tǒng)的效率。較低的 DCR 可以降低電感器的能量損耗，提升轉(zhuǎn)換效率。

• 尺寸和類型：在選擇電感時，還需要根據(jù)電源的大小、使用場合和預算選擇適當?shù)某叽绾皖愋汀３Ｒ姷碾姼衅黝愋桶?SMD（表面貼裝型）和通孔型。

2.3 電感器與輸入輸出電壓關系

在實際設計中，電感的選擇會直接影響到 LM2596 降壓轉(zhuǎn)換器的工作性能。具體來說：

• 輸入電壓：輸入電壓較高時，電感器需要儲存更多的能量，從而影響其選型。例如，當輸入電壓為 12V 時，電感器需要提供更高的能量存儲能力以維持較低的輸出電壓（如 5V）。因此，高輸入電壓系統(tǒng)可能需要更大的電感值。

• 輸出電壓和負載電流：輸出電壓和負載電流也是選擇電感器時需要考慮的重要因素。較大的負載電流要求電感器能夠提供更多的電流傳輸能力，而較低的輸出電壓則要求更精確的電流控制和電壓調(diào)節(jié)。

3. LM2596 降壓轉(zhuǎn)換器的工作原理

LM2596 降壓轉(zhuǎn)換器的核心工作原理是基于開關模式電源（SMPS）技術，其通過周期性的開關操作來調(diào)節(jié)輸出電壓。

3.1 PWM 控制

LM2596 采用了脈寬調(diào)制（PWM）技術來控制開關元件的導通時間。在一個周期內(nèi)，LM2596 會快速地打開和關閉其內(nèi)部 MOSFET，控制通過電感器的電流大小。通過調(diào)整 MOSFET 的開關頻率和占空比，LM2596 可以實現(xiàn)輸出電壓的精確控制。

3.2 電感器的能量傳遞

當 MOSFET 導通時，輸入電壓會使電感器產(chǎn)生磁場，儲存能量。MOSFET 關閉時，電感器會釋放儲存的能量通過二極管輸送到負載。電感器在這個過程中起到了平滑電流的作用，減少了電流波動，并有效地將輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的輸出電壓。

3.3 輸出電壓的控制

LM2596 內(nèi)部有一個反饋環(huán)路，它通過監(jiān)測輸出電壓與參考電壓的差異來調(diào)整 PWM 信號的占空比，從而精確控制輸出電壓。反饋控制系統(tǒng)能夠動態(tài)地調(diào)整開關頻率，以應對負載變化，保持輸出電壓的穩(wěn)定性。

4. LM2596 應用中的電感器優(yōu)化

盡管 LM2596 自帶電感器，但實際應用中，選用外部電感器時可以進一步優(yōu)化系統(tǒng)的性能。以下是一些優(yōu)化設計的要點：

4.1 提高轉(zhuǎn)換效率

選擇低 DCR 電感器能夠減少電感器的損耗，從而提高 LM2596 轉(zhuǎn)換器的整體效率。效率的提高意味著系統(tǒng)能夠更少地產(chǎn)生熱量，延長使用壽命。

4.2 降低輸出電壓波紋

輸出電壓的波紋通常由開關轉(zhuǎn)換器的開關頻率和電感器的濾波性能決定。選用適當?shù)碾姼衅髂軌蚪档碗妷翰y，使得輸出電壓更加穩(wěn)定，尤其是在對精度要求較高的應用中非常重要。

4.3 控制電磁干擾（EMI）

在高頻開關過程中，電感器會產(chǎn)生電磁干擾。通過選擇低 EMI 電感器，可以有效地抑制噪聲，減少對其他電路的干擾。合理布局電感器和其他組件的位置也是減少 EMI 的有效方式。

4.4 提高負載響應速度

負載突變時，系統(tǒng)需要能夠快速響應并調(diào)整輸出電壓。電感器的選擇對系統(tǒng)的動態(tài)響應速度有較大影響。合適的電感值可以使得系統(tǒng)在負載變化時迅速穩(wěn)定輸出電壓。

5. 常見 LM2596 電感器選擇示例

• 33μH 電感器：適用于中等功率的 LM2596 應用，通常可以承受約 3A 的負載電流，適合用于輸入電壓較高（例如 12V 或 24V）的場景。

• 47μH 電感器：適合用于負載電流較大的系統(tǒng)，能夠提供更好的濾波效果，減少輸出波紋。

• 100μH 電感器：適用于低功率應用或者需要極低波紋的應用，適合輸入電壓較低（如 5V）的系統(tǒng)。

6. 總結(jié)

電感器在 LM2596 降壓調(diào)節(jié)器中的作用不可忽視，它直接影響到系統(tǒng)的效率、穩(wěn)定性和響應速度。在設計中，正確選擇電感器對優(yōu)化整個電源系統(tǒng)的性能至關重要。盡管 LM2596 內(nèi)置了電感器，但在實際應用中選擇外部電感器時，仍需根據(jù)輸入電壓、輸出電壓、負載要求等因素綜合考慮電感值、電流額定值和直流電阻等參數(shù)，以獲得最佳的性能和效率。