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LM2596缔造平民价格的M3控制板5V电源方案

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    2016-8-25 12:42
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    [LV.9]以坛为家II

    发表于 2013-8-24 13:46:39 | 显示全部楼层 |阅读模式
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    本帖最后由 fengye5340 于 2013-8-25 15:23 编辑

                          LM2596缔造平民价格的M3控制板5V电源方案
       【方案介绍】
    LM2596系列是美国德州仪器(原美国国家半导体)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:
                                  13.jpg
    file:///C:\DOCUME~1\user\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image001.gif
    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:
             
                      
    1.jpg

    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:
    2.jpg
    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:
                                3.jpg
    到LM2596-5.0这个芯片后,点绿色按钮,出现下面的界面:
                                               4.jpg
    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。
                                              6.jpg

    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:
              5.jpg

    【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:
                    7.jpg             
       


    实际设计方案实物图:
    12.jpg
                    11.jpg
                    10.jpg
         

    LM2596-5设计报告.pdf

    136.02 KB, 下载次数: 28

    LM2596-5电路原理图.zip

    21.21 KB, 下载次数: 25

    LM2596缔造平民价格的M3控制板5V电源方案.pdf

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    2020-12-31 13:14
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    [LV.9]以坛为家II

    发表于 2013-8-24 14:47:35 | 显示全部楼层
    恩···长姿势~~~~~
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    2015-8-7 21:35
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    [LV.8]以坛为家I

    发表于 2013-8-24 17:19:11 | 显示全部楼层
    支持lz………………
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    [LV.8]以坛为家I

    发表于 2013-8-24 20:17:23 | 显示全部楼层
    加了二极管之后效率会降低不少的。
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    2020-1-18 12:34
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    [LV.Master]伴坛终老

    发表于 2013-8-25 09:40:18 | 显示全部楼层
    不错哦,虽然说前面的设计还是看不懂
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    该用户从未签到

    发表于 2013-8-26 15:10:03 | 显示全部楼层
    真心不错,每次分享都很棒
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     楼主| 发表于 2013-8-26 15:27:47 | 显示全部楼层
    tina 发表于 2013-8-26 15:10
    真心不错,每次分享都很棒

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    开心
    2014-4-16 09:58
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    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2013-9-11 15:29:34 | 显示全部楼层
    学习了,楼主比较的很到位,webench学起
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  • TA的每日心情
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    2018-1-4 13:58
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    [LV.4]偶尔看看III

    发表于 2015-2-22 18:17:20 | 显示全部楼层
    十分感谢!学习了~~~~~~~
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