Понижувальний імпульсний стабілізатор LM2596 (5V / 3A)

Під час кожного циклу комутації верхній біполярний NPN-ключ усередині U1 вмикається і вимикається з частотою 150 kHz, споживаючи трапецеподібні імпульси струму великої амплітуди безпосередньо з шини живлення постійного струму. Вхідний конденсатор C1 (електролітичний низькоімпедансний 680 µF / 50V серії low-ESR) локально постачає ці високочастотні середньоквадратичні струми пульсацій, запобігаючи проникненню комутаційних викидів та індуктивного просідання напруги назад у первинне джерело DC. Вхідна напруга повинна залишатися вище 7.0V для збереження стабілізації з урахуванням напруги насичення внутрішнього ключа (VSAT ≈ 1.16V).

Коли внутрішній генератор розпочинає такт, ШІМ-компаратор формує сигнал керування, вводячи внутрішній 3A NPN-ключ між виводом 1 (VIN) та виводом 2 (OUTPUT) у насичення. Потенціал вузла комутації миттєво зростає до VIN - VSAT, зміщуючи діод Шотткі D1 у закритий стан. Струм тече від виводу 1 через вивід 2 у дросель L1 (33 µH), формуючи лінійне наростання струму за законом Фарадея:

Цей струм одночасно живить навантаження та накопичує магнітну енергію в тороїдальному осерді індуктивності L1.

Коли ШІМ-компаратор завершує інтервал провідності, внутрішній NPN-ключ вимикається. Оскільки струм через індуктивність не може змінитися стрибком, магнітне поле, що спадає, зміщує потенціал виводу 2 (OUTPUT) нижче нуля відносно землі. Коли напруга на виводі 2 падає приблизно до -0.45V, бар'єрний діод Шотткі D1 відкривається і підхоплює повний струм самоіндукції дроселя. Струм циркулює контуром D1, L1, C2 та навантаження, забезпечуючи плавне віддавання енергії під час паузи. Використання діода Шотткі є строго обов'язковим, оскільки стандартні кремнієві діоди мають значний час зворотного відновлення, що спричиняє руйнівні імпульси струму.

Трикутний змінний струм дроселя L1 розділяється між вихідним конденсатором C2 (220 µF / 25V) та зовнішнім навантаженням. C2 поглинає змінну складову струму котушки та згладжує вихідну напругу, формуючи стабільну шину +5.0V DC з типовими пульсаціями нижче 50 mV від піка до піка. Розмах вихідних пульсацій визначається переважно еквівалентним послідовним опором (ESR) конденсатора C2, а не власне його ємністю:

Вивід 4 (FEEDBACK) відстежує вихідну напругу після дроселя L1. У версії LM2596 на фіксовані 5.0V внутрішній прецизійний резистивний дільник знижує напругу шини 5.0V до рівня внутрішньої опорної напруги 1.23V. Внутрішній підсилювач помилки підсилює різницю між поділеною напругою та опорою, формуючи рівень для ШІМ-компаратора, що порівнюється із пилкоподібним сигналом 150 kHz. У разі збільшення струму навантаження або падіння вхідної напруги коефіцієнт заповнення D автоматично розширюється, підтримуючи вихідну напругу в межах ±4% у всьому робочому діапазоні.