Reguladores de Voltaje y LDOsEn producción

LM2596

Fabricante: Texas Instruments

Datos tomados de la hoja de datos: Texas Instruments SNVS124G, revisión Rev. G, marzo de 2023

Regulador de conmutación reductor (step-down) capaz de alimentar una carga de 3A con frecuencia fija de 150 kHz, rango de entrada de 40V, apagado térmico interno y límite de corriente ciclo a ciclo en encapsulados TO-220 y TO-263.

EncapsuladosTO-220-5, TO-263-5
Tensión de alimentación4.5 – 40 V
Rango de temperatura-40 – 125 °C
Hoja de datos oficial (PDF)

Descripción técnica

01

Descripción técnica

El LM2596 es un circuito integrado monolítico fabricado por Texas Instruments (serie SIMPLE SWITCHER®, documento SNVS124G, revisado en marzo de 2023) que proporciona todas las funciones activas para un regulador de conmutación reductor (buck) capaz de manejar una carga de 3A con excelente regulación de línea y carga. Al operar a una frecuencia de conmutación fija de 150 kHz, el LM2596 permite utilizar componentes de filtrado más pequeños que los reguladores de menor frecuencia. Disponible en encapsulados de 5 pines TO-220 (orificio pasante) y TO-263 (montaje superficial) con asignación de pines VIN, OUTPUT, GND, FEEDBACK y ON/OFF (con la aleta metálica conectada internamente a GND), el dispositivo funciona en un rango de voltaje de entrada de 4.5V a 40V. Cuenta con un interruptor de potencia NPN interno de 3A con un voltaje de saturación típico de 1.16V a 3A, una referencia interna de banda prohibida de 1.23V para configuraciones ajustables, corriente de reposo de 5.0 mA en funcionamiento y 80 µA en modo de apagado, control de apagado externo mediante el pin ON/OFF compatible con TTL/CMOS, límite de corriente ciclo a ciclo de 4.5A típico y apagado térmico ante condiciones de falla.

Distribución de pines y funciones alternativas

Distribución interactiva de pines y funciones del encapsulado TO-220-5.

Diagrama de pinout interactivoSuperior

LM2596: ilustración del encapsulado TO-220-5Distribución interactiva de pines y funciones del encapsulado TO-220-5.1: VIN2: OUTPUT3: GND5: ON/OFF4: FEEDBACK

Ilustración del encapsulado, no un plano mecánico acotado.

5 / 5 pines
#Nombre del pinTipoTolerante a 5VFunciones alternativas / detalles
VINpower in—
Terminal de entrada de alimentación CC (rango operativo continuo de 4.5V a 40V; requiere un condensador de desacoplo de bajo ESR colocado cerca del CI y tierra)
OUTPUTpower out—
Salida del emisor del interruptor de potencia NPN interno de 3A (conmuta a 150 kHz entre ~VIN - 1.2V y la caída de tensión del diodo Schottky por debajo de tierra)
GNDground—
Referencia de masa del circuito y conexión térmica del sustrato (conectado internamente a la aleta metálica de montaje)
FEEDBACKanalog inNo
Terminal de sensado de realimentación de tensión de salida (sensa la tensión regulada y la compara con la referencia interna de 1.23V)
ON/OFFinput onlySí
Entrada de control de apagado (activo en bajo: <= 0.6V o flotante activa el regulador; >= 2.0V hasta 25V pone el dispositivo en modo de espera de 80 µA)

Especificaciones clave

Atributos paramétricos

ParámetroMín.TípicoMáx.UnidadCondición de prueba
Frecuencia del oscilador(fOSC)127150173kHzVIN = 12 V, IO = 0.5 A, TJ = 25°C
Tensión de referencia de realimentación(VREF)1.1931.2301.267VLM2596-ADJ, VIN = 12 V, IO = 0.5 A, TJ = 25°C
Tensión de saturación del interruptor interno(VSAT)—1.161.4VIOUT = 3.0 A a TJ = 25°C
Límite de corriente(ICL)3.64.56.9ACorriente de pico del interruptor, TJ = 25°C
Corriente de reposo en funcionamiento(IQ)—5.010mAPin de realimentación = 5 V (sin conmutación), TJ = 25°C
Corriente de reposo en espera(ISTBY)—80200µAPin ON/OFF = 5 V (modo apagado), TJ = 25°C
Umbral de nivel alto de entrada ON/OFF(VIH)21.325VRegulador apagado (modo de espera), TJ = 25°C
Umbral de nivel bajo de entrada ON/OFF(VIL)-0.31.30.6VRegulador encendido (modo operativo), TJ = 25°C
Corriente de salida continua máxima(IO_max)33.0—A4.5 V <= VIN <= 40 V, TJ <= 125°C con disipador adecuado
Eficiencia(eta)—82—%VIN = 12 V, VOUT = 5 V, IOUT = 3 A con TJ = 25°C

Valores máximos absolutos

Tensión de alimentación máx. (VDD/VCC)45 V
Tensión de entrada máx.25 V
Corriente máx. de salida / por pin4500 mA
Temperatura de unión-40 – 125 °C
Temperatura de almacenamiento-65 – 150 °C
Tolerancia ESD (HBM)2000 V
Resistencia térmica θJA (TO-220-5)32 °C/W
Resistencia térmica θJC (TO-220-5)2 °C/W
Resistencia térmica θJA (TO-263-5)36 °C/W
Resistencia térmica θJC (TO-263-5)2 °C/W

Puntos críticos de ingeniería

Advertencias reales de hardware, restricciones de diseño de PCB y erratas del silicio que conviene conocer antes de fabricar.

Crítico

Uso obligatorio de diodo de captura Schottky rápido

El LM2596 requiere un diodo Schottky de recuperación rápida (como 1N5822, B340A o MBR360) conectado entre el pin 2 (OUTPUT) y masa. El uso de un rectificador de silicio estándar lento (como 1N4001 o 1N5408) provoca pérdidas excesivas por recuperación inversa, sobrecalentamiento, fuertes picos inductivos de tensión en el pin 2 al desconectarse el interruptor y la destrucción catastrófica del transistor NPN interno.

Mitigación

Especifique siempre un diodo Schottky dimensionado para al menos 3A de corriente media directa continua (como 1N5822 o SS34) y una tensión inversa admisible de al menos 1.25 veces la tensión de entrada máxima. Para fuentes de 24V o 36V, utilice un rectificador de barrera Schottky de 40V o 60V con tiempo de recuperación ultracorto (trr < 10 ns).

Crítico

Bucle crítico de conmutación de alta frecuencia

El bucle de conmutación de corriente alterna de alta potencia está formado por el condensador de entrada CIN, el interruptor interno (pin 1 a pin 2), el diodo de captura Schottky externo y el terminal de masa (pin 3). Debido a que las corrientes conmutan a tasas de hasta 3A en menos de 50 nanosegundos, la inductancia parásita de las pistas del PCB provoca oscilaciones de alta frecuencia, picos de tensión que superan el máximo absoluto de 45V e interferencias electromagnéticas (EMI).

Mitigación

Conecte la masa del condensador de entrada, el ánodo del diodo Schottky y el pin GND del LM2596 en un único punto mediante planos de cobre anchos de baja impedancia. Mantenga las pistas entre el pin 2, el cátodo del diodo y el inductor lo más cortas posible. Separe la masa de potencia del nodo de realimentación sensible y conéctelos solo en el punto en estrella de la masa de salida.

Advertencia

Límite de estabilidad por ESR del condensador de salida

La compensación interna en modo tensión del LM2596 depende de la resistencia serie equivalente (ESR) del condensador de salida para proporcionar un cero esencial en la función de transferencia del lazo. Colocar únicamente un condensador cerámico de ultra bajo ESR (< 10 mΩ) sin amortiguamiento degrada el margen de fase, lo que provoca inestabilidad en el lazo de control, ráfagas de ondulación en la salida y zumbido audible en el inductor.

Mitigación

Utilice condensadores electrolíticos de aluminio de bajo ESR (como las series Panasonic HFQ/FC o Nichicon PL, típicamente de 180 µF a 680 µF con ESR entre 30 mΩ y 150 mΩ) para COUT. Si se requieren condensadores cerámicos, inserte una resistencia serie amortiguadora (de 0.05 Ω a 0.1 Ω) o conecte un cerámico de 100 nF en paralelo con el electrolítico principal.

Advertencia

Disipación de potencia del interruptor interno a carga continua de 3A

El interruptor de potencia bipolar NPN interno presenta una caída de tensión de saturación de aproximadamente 1.16V a 1.4V con carga de 3A. A plena carga y ciclos de trabajo moderados, el interruptor disipa entre 2W y 3.5W en forma de calor. Al aire libre sin disipador, el encapsulado TO-220 (resistencia térmica θJA = 32°C/W) experimentará un aumento de temperatura de unión de ΔTJ = 3.5W × 32°C/W = 112°C sobre el ambiente, activando el apagado térmico (TJ > 150°C).

Mitigación

Calcule la disipación del dispositivo PD = (VO × IO × VSAT) / VIN + (IQ × VIN) + pérdidas de conmutación. Monte el encapsulado TO-220 en un disipador de aluminio externo con pasta térmica (resistencia térmica <= 10°C/W para 3A continuo), o proporcione al menos 13 cm² de plano de cobre de 2 oz alrededor de la pestaña del TO-263.

Circuitos de referencia

Convertidor reductor buck conmutado LM2596 (5V / 3A)

Topología: Regulador conmutado reductor (Buck)

Ver esquemaAbrir en Editor Web CAD

Documentación oficial y hojas de datos citadas

Hojas de datos, erratas y notas de aplicación de los fabricantes de semiconductores.

DATASHEETTexas Instruments

LM2596 SIMPLE SWITCHER® Power Converter 150-kHz 3-A Step-Down Voltage Regulator

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