【模电】0018开关电源的应用举例

 这一节我们讲几个实例来分析开关电源的应用，这里我们以常见的LM2596开关电源芯片为例讲解。

1）LM2596的基本电路

LM2596的内部原理框图如下：

可以看到：控制部分是由基准电压源、比较放大器GM、三角波发生器、比较器等组成；芯片内部集成了3A的调整管；这几个部分的和上一节我们讲的开关电源基本结构是类似的。

此外它内部还有一些缓冲、保护功能；使能功能，可以方便地由外部信号关断。

它需要外接续流二极管、电感、电容、反馈电阻才能形成基本的电路。

基本应用电路如下图所示：

图中是固定输出的LM2596，将输出端（output）直接接到反馈端（FB）即可。

如果是可调输出的LM2596，需要将输出端使用电阻分压后，连接到反馈端，如下图：

此时输出电压为Vout = 1.23V * R2/(R2 R3) 。

因为LM2596内部的参考电压为1.23V，可调输出的LM2596是将反馈端电压与内部基准源电压直接比较去控制输出的，所以外部Vout经两个电阻分压后，得到1.23V时电路能达到稳定。调整R3或者R2都能改变输出电压值。

2）作为恒流源驱动负载

有些负载需要恒流源驱动，如LED灯，尤其是照明用的高亮LED灯带，一般是多个大功率的LED串联，此时适用于用恒流源去驱动，如下图所示，是利用LM2596设计的恒流源驱动多个LED的电路：

 图中将多个LED和一个电阻串联后作为负载，电阻上的电压作为反馈电压连到FB。在中间串联一个或多个LED，都可以保持电流稳定，只要保证Vin高于LED和电阻上的电压之和1~2V（这种连接方式只能降压）。

该电路分析如下：假设使用的的是可调输出的LM2596，则要求FB引脚的电压为1.23V才能稳定，所以Vout电压为1.23V，只要调节RL3的阻值，就可以调整流过LED的电流，图中的参数可以计算出电流为I=1.23V/12.3Ω=0.1A。

3）可调输出电源

简单的可调输出电源，可以使用前面描述的这个图，将R3换成可调电阻器，就能调整输出电压：

这个电路虽然简单，但是它是通过改变反馈回路上的电阻来调节输出电压的，实际工程实现时，改变电阻的方法实现一般比较复杂，所以应用场合有限。

另一种实现方式，是如下图这样设计：

这个电路可以使用外部电压Vc来控制输出电压Vout，用途要广一些。

分析过程如下：因为FB反馈引脚上的电压要为1.23V电路才能输出稳定，所以Vf=1.23V；

因为运放的虚短特性Vp=Vn，所以有：

Vout*R5/(R5 R6) = (Vc-Vf)*R3/(R3 R4) Vf

由于图中的参数取的是R5=R6，R3=R4，所以代入后，可以得到Vout/2=(Vf Vc)/2；

再把Vf的值代入，可以得到Vout = Vc 1.23V。

使用电压Vc去控制Vout，比改变电阻值去控制输出有很多优势，比如，可以结合DA（数模转换器）来实现一个数控电源；也可以将Vc作为弱信号的输入，而Vout作为功率放大后的输出，这其实是一种D类功放的实现方法。

4）PCB布局布线的要求

开关电源的布局布线对电源输出的纹波有很大影响，一般要求输入电容靠近电源芯片的输入引脚，续流二极管靠近输出引脚，反馈回路远离电感，电源周边的器件使用单点接地，并加粗地线，加粗输出电容正负端的连线等等。

如数据手册中的示意图和PCB布局布线参考：