LM2596数控电路原理分析

一、原理图

二、原理分析

控制信号：输入信号为2KHz PWM，可调占空比，经R5,C1和R7,C2低通滤波成较平滑的直流信号。
U1:前级放大器形成高阻抗信号输入。
U3:模拟LM2596内部放大器。同相输入端接参考电平1.23V。
放大倍数：

$V_{out}$Vout​ =$V_+(1+\frac {R_3}{R_4})$V+​(1+R4​R3​​)
$V_+$V+​ = $V_-$V−​ = $V_{in}+\frac {(V_{ref}-V_{in})*R_1}{R_1+R_2}$Vin​+R1​+R2​(Vref​−Vin​)∗R1​​ = $\frac{V_{ref}R_1+V_{in}R_2}{R_1+R_2}$R1​+R2​Vref​R1​+Vin​R2​​

LM2596S-ADJ内部Vref=1.23V

故：$V_{out}$Vout​ = ($\frac {1.23*R_1}{R_1+R_2}+\frac {V_{in}R2}{R_1+R_2}$R1​+R2​1.23∗R1​​+R1​+R2​Vin​R2​)($1+\frac {R_3}{R_4}$1+R4​R3​​)

从式中可以看出：
$R_1$R1​决定输出最低的电压，$R_2$R2​和$R_3/R_4$R3​/R4​共同决定输出放大倍数。$R_3/R_4$R3​/R4​起主要作用。

实例：

• 要求：输入电压为24V，使用STM32+LM2596S-ADJ制作1~22V数控电路。
• 思路：
  • STM32生成2KHz可调占空比的PWM，R5和R7使用10K电阻,C1和C2使用0.1uF电容,低通滤波截至频率为160Hz.经过滤波后作为控制信号。
  • 该控制信号为0~3.3V，而输出最高为22V，所以放大倍数$R_3/R_4$R3​/R4​的值应略大于6.6。
  • 最低输出为1V，故有:$6.6*1.23*\frac {R_1}{R_1+R_2}≈1$6.6∗1.23∗R1​+R2​R1​​≈1，得到$\frac {R_1}{R_1+R_2}≈\frac 18$R1​+R2​R1​​≈81​。$R_2$R2​选取不宜过大或过小即可， 这么做主要目的是能匹配到常用的电阻。
• 分析：开始选择合适的常用的电阻，$R_3$R3​可选取12K或12.4K，$R_4$R4​可选取2K或2.2K。R1=1K，R2=7K左右，但是貌似并 没有这个规则的电阻,计算后可以选取10K。
• 实验：如上仿真图所示，将$R_3=12.4K；R_4=2K；R_1=1K；R_2=10K$R3​=12.4K；R4​=2K；R1​=1K；R2​=10K代入计算有：
  $V_{out}$Vout​ = $7.2（\frac {1.23}{11}+\frac {10V_{in}}{11}）$7.2（111.23​+1110Vin​​） = $\frac {8.856}{11}+\frac {72Vin}{11}$118.856​+1172Vin​
  

• 测试如下：

Vin	Vout (仿真)	Vout（理论）
0	0.81	0.8051
1	7.35	7.3506
2	13.9	13.8960
3	20.4	204415
3.3	22.4	22.4051

三、实物图

3.1

实物焊接了一路，总共是4路，测试控制和预期一致，精度±0.2V。FB反馈引脚不知道为什么出现锯齿波，还在调试中。