Mạch hạ áp LM2596 và MP1584: cách chọn, chỉnh điện áp và cấp nguồn ESP32

So sánh mạch hạ áp LM2596 và MP1584, cách chỉnh điện áp ra bằng đồng hồ vạn năng trước khi nối tải, cấp nguồn 5 V cho ESP32 DevKit V1 từ nguồn 12 V và xử lý lỗi thường gặp.

Mạch hạ áp DC-DC (mạch buck) lấy ra điện áp thấp hơn từ một nguồn một chiều cao hơn, ví dụ lấy 5 V cho ESP32 từ nguồn 12 V. PYWORLD có hai loại: mạch hạ áp LM2596 chỉnh được bằng biến trở và mạch MP1584EN cỡ nhỏ, gồm bản ngõ ra cố định 3,3 V, 5 V, 9 V và bản chỉnh được. Bài viết hướng dẫn chọn mạch, chỉnh điện áp ra trước khi nối tải và cấp nguồn cho ESP32 DevKit V1 từ nguồn 12 V.

1. Mạch hạ áp buck làm gì?

Ổn áp tuyến tính như 7805 hay AMS1117 biến phần điện áp thừa thành nhiệt. Hạ 12 V xuống 5 V cho tải 1 A, tải nhận 5 W còn IC ổn áp phải tỏa (12 − 5) × 1 = 7 W.

Mạch buck đóng cắt nguồn vào ở tần số cao rồi dùng cuộn cảm và tụ san phẳng điện áp ra, nên tổn hao ít hơn nhiều. Datasheet LM2596 ghi hiệu suất điển hình 73–90 % tùy điện áp vào, ra. Ở hiệu suất 80 %, cấp 5 W cho tải chỉ cần lấy vào 6,25 W, phần tỏa nhiệt còn khoảng 1,25 W.

Mạch buck chỉ cho điện áp ra thấp hơn điện áp vào; muốn nâng áp (ví dụ pin 3,7 V lên 5 V) phải dùng mạch tăng áp như module XL6009. Ngõ vào và ngõ ra chung cực âm (IN− thông với OUT−), không cách ly.

2. So sánh mạch LM2596 và MP1584

Điện áp, dòng tối đa và tần số theo datasheet của IC; kích thước theo mô tả sản phẩm. Giới hạn tuyệt đối của điện áp vào là 45 V với LM2596 và 30 V với MP1584. Tụ ngõ ra trên mạch LM2596 thường ghi 35 V; không đặt điện áp ra cao hơn số ghi trên tụ.

Mạch LM2596 in tên cực IN+, IN−, OUT+, OUT− ngay cạnh bốn lỗ hàn ở bốn góc. Mạch MP1584 có hai lỗ hàn cho mỗi cực; mặt trên chỉ in dấu cộng, trừ cạnh ngõ ra, còn tên cực và mũi tên chỉ chiều in ở mặt dưới. Vị trí cực dương, cực âm của hai mạch khác nhau, vì vậy luôn nối theo chữ in trên mạch.

3. Nên chọn mạch nào?

• LM2596: khi cần chỉnh điện áp ra theo ý muốn, nguồn vào cao (24 V, 36 V) hoặc tải cần tới khoảng 2 A.
• MP1584: khi cần mạch thật nhỏ và tải dưới khoảng 1,5 A như ESP32, cảm biến, module relay. Bản cố định đã đặt sẵn điện áp, hợp với người mới.
• Xem chênh áp vào – ra: với nguồn 12 V, bản MP1584 9 V chỉ còn chênh đúng 3 V, sát giới hạn của datasheet; nên dùng LM2596 hoặc nguồn vào cao hơn.

4. Chuẩn bị và lưu ý an toàn

• Mạch hạ áp LM2596 hoặc MP1584.
• Nguồn một chiều 12 V cấp được ít nhất 1 A: adapter, hoặc ắc quy có lắp cầu chì.
• Đồng hồ vạn năng, tua vít nhỏ, dây nối.
• ESP32 DevKit V1 30 chân hoặc Arduino Nano.

Trước khi cấp điện:

• Kiểm tra cực tính. Dùng đồng hồ xác định dây dương, dây âm của nguồn 12 V rồi mới nối vào IN+ và IN−. Hai mạch không có phần chống cấp ngược cực; nối ngược có thể hỏng ngay.
• Chỉ cấp nguồn vào phía IN, không cấp vào OUT.
• Chỉnh điện áp trước, nối tải sau. Bản chỉnh được khi đến tay người dùng có thể đang ở mức bất kỳ, có khi gần bằng điện áp vào; nối ESP32 lúc này có thể làm hỏng ESP32.

5. Chỉnh điện áp ra bằng đồng hồ vạn năng

1. Chưa nối tải. Nối cực dương nguồn 12 V vào IN+, cực âm vào IN−.
2. Để đồng hồ ở thang đo điện áp một chiều 20 V, que đỏ vào OUT+, que đen vào OUT−.
3. Cấp nguồn, đọc điện áp ra.
4. Vặn biến trở thật chậm, mắt nhìn đồng hồ. Mạch LM2596 thường giảm áp khi vặn ngược chiều kim đồng hồ và tăng khi vặn cùng chiều; nếu số đi ngược ý muốn thì đổi chiều.
5. Dừng ở mức cần dùng, ví dụ 5,0 V cho chân VIN của ESP32.
6. Ngắt nguồn, nối tải, cấp lại rồi đo lần nữa ngay tại chân nguồn của tải. Có tải, điện áp thường thấp hơn một chút; nếu tụt nhiều, xem mục 8.

Biến trở xanh trên mạch LM2596 là loại nhiều vòng. Khi mức đặt còn cao hơn điện áp vào, điện áp ra đứng yên gần bằng điện áp vào; cứ vặn tiếp cùng chiều, có khi hơn 10 vòng, số trên đồng hồ mới bắt đầu giảm.

Biến trở trên mạch MP1584 bản chỉnh được xoay chưa hết một vòng đã đi hết dải 0,8–20 V nên rất nhạy: mỗi lần chỉ nhích một chút. Chiều tăng, giảm tùy lô mạch. Bản cố định không cần chỉnh nhưng vẫn nên đo điện áp ra trước khi nối tải.

6. Cấp nguồn cho ESP32 và Arduino từ nguồn 12 V

Chân VIN đi vào IC ổn áp 3,3 V trên mạch ESP32 (thường là AMS1117-3.3). IC này cần điện áp vào cao hơn 3,3 V khoảng 1,1–1,3 V, nên 5 V là mức hợp lý.

• Không cấp 12 V thẳng vào VIN. IC ổn áp tuyến tính trên mạch phải tỏa toàn bộ phần chênh áp: ở dòng 0,25 A là (12 − 3,3) × 0,25 ≈ 2,2 W, quá sức một IC dán nhỏ. Cấp 5 V thì chỉ còn khoảng 0,4 W.
• Không cấp điện từ mạch hạ áp vào chân 3V3. Chân này nối thẳng tới module ESP32, giới hạn tuyệt đối 3,6 V; vặn lệch biến trở một chút là hỏng.
• Dòng cần có: datasheet ESP32-WROOM-32 yêu cầu nguồn cấp được ít nhất 500 mA; tính cả module đi kèm nên chuẩn bị khoảng 1 A ở ngõ ra 5 V.
• Khi cắm USB để nạp chương trình, nên tạm rút dây OUT+ khỏi chân VIN.

Với Arduino Nano hoặc Uno, chỉnh khoảng 7–9 V rồi cấp vào chân VIN. Riêng Nano có thể nhận đúng 5,0 V ở chân 5V, nhưng điện áp này đi thẳng tới vi điều khiển nên không được vượt 5,5 V.

7. Giới hạn dòng và nhiệt khi dùng thực tế

Con số 3 A là khả năng của IC khi được tản nhiệt đầy đủ, không phải mức một mạch nhỏ chạy liên tục được. Phần tổn hao, khoảng 10–25 % công suất lấy vào, nằm lại trên IC, diode và cuộn cảm.

• LM2596: giữ dòng tải liên tục trong khoảng 2 A; trên mức này cần gắn tản nhiệt cho IC hoặc có quạt thổi.
• MP1584: mạch chỉ 22 × 17 mm, nên tính tải liên tục khoảng 1,5 A trở xuống; cần hơn thì dùng LM2596.
• Chênh áp càng lớn (ví dụ 24 V xuống 3,3 V) và hộp càng kín thì mạch càng nóng, phải giảm dòng tải.
• Cho chạy đủ tải vài phút rồi kiểm tra nhiệt. IC hoặc cuộn cảm nóng rát tay thì giảm tải hoặc thêm tản nhiệt. Bảo vệ quá nhiệt và giới hạn dòng trong IC chỉ là lớp bảo vệ cuối.

8. Xử lý lỗi thường gặp

• Vặn biến trở mà điện áp ra không đổi: với LM2596, vặn tiếp cùng chiều thêm nhiều vòng (mục 5); kiểm tra que đo đã đặt đúng OUT+ và OUT−.
• Điện áp ra gần bằng điện áp vào: mức đặt đang cao hơn điện áp vào, vặn giảm tiếp. Vặn hết hành trình mà vẫn bằng điện áp vào thì IC có thể đã hỏng (thường do cấp ngược cực hoặc quá áp); không dùng mạch này cấp cho tải.
• Không có điện áp ra: đo điện áp tại IN+ và IN−, kiểm tra cực tính, mối hàn, dây nối; tháo tải để loại trừ tải bị chập.
• Điện áp ra tụt khi nối tải: nguồn 12 V yếu, dây quá nhỏ hoặc quá dài, hoặc chênh áp vào – ra không đủ. Đo điện áp tại IN+ và IN− lúc có tải để biết nguồn có sụt không.
• Mạch nóng: tải vượt mức ở mục 7; giảm tải, thêm tản nhiệt hoặc đổi mạch lớn hơn.
• ESP32 tự khởi động lại khi bật WiFi: lúc phát WiFi, dòng tiêu thụ tăng vọt trong thời gian ngắn; nếu điện áp sụt, Serial Monitor thường báo Brownout detector was triggered. Đo điện áp tại chân VIN khi mạch đang chạy, dùng dây ngắn và to hơn, kiểm tra tiếp xúc trên breadboard, gắn thêm tụ hóa 470–1000 µF giữa VIN và GND sát mạch ESP32 (đúng cực của tụ).

Xem thêm: mạch hạ áp LM2596, ESP32 DevKit V1 30 chân, đế ra chân ESP32 30 chân có jack DC nhận nguồn 6,5–16 V và bài ESP32 điều khiển module relay 4 kênh.