Stabilizatory Napięcia i LDOW produkcji

LM2596

Producent: Texas Instruments

Dane z noty katalogowej: Texas Instruments SNVS124G, wer. Rev. G, marzec 2023

Impulsowy stabilizator napięcia step-down o wydajności prądowej do 3A, stałej częstotliwości 150 kHz, napięciu wejściowym do 40V, wbudowanym zabezpieczeniu termicznym i cyklicznym ograniczaniu prądu w obudowach TO-220 oraz TO-263.

ObudowyTO-220-5, TO-263-5
Napięcie zasilania4.5 – 40 V
Zakres temperatur-40 – 125 °C
Oficjalna Nota Katalogowa (PDF)

Przegląd Techniczny

01

Przegląd Techniczny

LM2596 to monolityczny układ scalony firmy Texas Instruments (seria SIMPLE SWITCHER®, dokument SNVS124G, wersja z marca 2023 r.) realizujący wszystkie aktywne funkcje impulsowego stabilizatora obniżającego napięcie (buck) o prądzie obciążenia do 3A i znakomitej stabilizacji napięciowej oraz obciążeniowej. Praca ze stałą częstotliwością przełączania 150 kHz pozwala na stosowanie mniejszych elementów filtrujących niż w przetwornicach o niższej częstotliwości. Dostępny w 5-wyprowadzeniowych obudowach TO-220 (przewlekana) oraz TO-263 (SMD) z wyprowadzeniami VIN, OUTPUT, GND, FEEDBACK oraz ON/OFF (wkładka radiatorowa połączona wewnętrznie z GND), układ pracuje w zakresie napięcia wejściowego od 4.5V do 40V. Zawiera wewnętrzny bipolarny klucz NPN o prądzie 3A z typowym spadkiem nasycenia 1.16V przy 3A, wewnętrzne źródło napięcia odniesienia 1.23V dla wersji regulowanej, prąd spoczynkowy 5.0 mA w stanie pracy oraz 80 µA w trybie wyłączenia, sterowanie wyłączeniem przez wejście ON/OFF zgodne ze standardami TTL/CMOS, cykliczne ograniczenie prądowe (typowo 4.5A) oraz wyłącznik termiczny w stanach awaryjnych.

Rozkład Wyprowadzeń i Funkcje Alternatywne

Interaktywny rozkład pinów i funkcje wyprowadzeń obudowy TO-220-5.

Interaktywny schemat wyprowadzeńGóra

LM2596: ilustracja obudowy TO-220-5Interaktywny rozkład pinów i funkcje wyprowadzeń obudowy TO-220-5.1: VIN2: OUTPUT3: GND5: ON/OFF4: FEEDBACK

Ilustracja obudowy, a nie zwymiarowany rysunek mechaniczny.

5 / 5 wyprowadzeń
#Nazwa pinuTypTolerancja 5VFunkcje alternatywne / szczegóły
VINpower in—
Wyprowadzenie napięcia zasilania DC (zakres pracy ciągłej 4.5V do 40V; wymaga kondensatora odsprzęgającego low-ESR umieszczonego blisko układu i masy)
OUTPUTpower out—
Emiter wewnętrznego klucza mocy NPN 3A (przełącza z częstotliwością 150 kHz między ~VIN - 1.2V a ujemnym spadkiem napięcia na diodzie Schottky'ego)
GNDground—
Masa układu i połączenie termiczne podłoża (połączone wewnętrznie z metalową wkładką radiatorową)
FEEDBACKanalog inNie
Wejście sprzężenia zwrotnego napięcia wyjściowego (mierzy napięcie wyjściowe i porównuje z wewnętrznym odniesieniem 1.23V)
ON/OFFinput onlyTak
Wejście sterujące wyłączeniem (aktywne w stanie niskim: <= 0.6V lub niepodłączone włącza przetwornicę; >= 2.0V do 25V wprowadza w tryb czuwania 80 µA)

Kluczowe Parametry

Parametry

ParametrMin.TypowoMaks.JednostkaWarunki pomiaru
Częstotliwość oscylatora(fOSC)127150173kHzVIN = 12 V, IO = 0.5 A, TJ = 25°C
Napięcie odniesienia sprzężenia zwrotnego(VREF)1.1931.2301.267VLM2596-ADJ, VIN = 12 V, IO = 0.5 A, TJ = 25°C
Napięcie nasycenia klucza wewnętrznego(VSAT)—1.161.4VIOUT = 3.0 A przy TJ = 25°C
Ograniczenie prądowe(ICL)3.64.56.9ASzczytowy prąd klucza, TJ = 25°C
Prąd spoczynkowy w stanie pracy(IQ)—5.010mAWyprowadzenie sprzężenia zwrotnego = 5 V (brak kluczowania), TJ = 25°C
Prąd spoczynkowy w trybie czuwania(ISTBY)—80200µAWyprowadzenie ON/OFF = 5 V (tryb wyłączenia), TJ = 25°C
Próg logiczny stanu wysokiego wejścia ON/OFF(VIH)21.325VPrzetwornica wyłączona (tryb czuwania), TJ = 25°C
Próg logiczny stanu niskiego wejścia ON/OFF(VIL)-0.31.30.6VPrzetwornica włączona (stan pracy), TJ = 25°C
Maksymalny ciągły prąd wyjściowy(IO_max)33.0—A4.5 V <= VIN <= 40 V, TJ <= 125°C z odpowiednim radiatorem
Sprawność(eta)—82—%VIN = 12 V, VOUT = 5 V, IOUT = 3 A przy TJ = 25°C

Wartości Maksymalne (Absolute Maximum Ratings)

Maks. napięcie zasilania (VDD/VCC)45 V
Maks. napięcie wejściowe25 V
Maks. prąd wyjściowy / pinu4500 mA
Temperatura złącza-40 – 125 °C
Temperatura przechowywania-65 – 150 °C
Odporność ESD (HBM)2000 V
Rezystancja termiczna θJA (TO-220-5)32 °C/W
Rezystancja termiczna θJC (TO-220-5)2 °C/W
Rezystancja termiczna θJA (TO-263-5)36 °C/W
Rezystancja termiczna θJC (TO-263-5)2 °C/W

Pułapki Układowe i Ostrzeżenia Inżynieryjne

Rzeczywiste zastrzeżenia sprzętowe, ograniczenia projektu PCB i errata krzemu, które warto znać przed produkcją.

Krytyczne

Wymóg stosowania szybkiej diody Schottky'ego

LM2596 wymaga podłączenia szybkiej diody impulsowej Schottky'ego (takiej jak 1N5822, B340A lub MBR360) między pin 2 (OUTPUT) a masę. Zastosowanie zwykłej, powolnej diody krzemowej (np. 1N4001 lub 1N5408) prowadzi do ogromnych strat regeneracyjnych, przegrzewania, niebezpiecznych szpilek napięciowych na pinie 2 podczas wyłączania klucza i natychmiastowego uszkodzenia wewnętrznego tranzystora NPN.

Jak temu zapobiec

Zawsze dobieraj diodę Schottky'ego o prądzie przewodzenia co najmniej 3A (np. 1N5822 lub SS34) oraz napięciu wstecznym minimum 1.25 razy wyższym od maksymalnego napięcia zasilania. Przy zasilaniu 24V lub 36V stosuj diody barierowe na 40V lub 60V o ultraszybkim czasie regeneracji (trr < 10 ns).

Krytyczne

Krytyczna pętla prądowa wysokiej częstotliwości

Wysokoprądowa pętla komutacji AC obejmuje wejściowy kondensator filtrujący CIN, wewnętrzny klucz mocy (pin 1 do pinu 2), zewnętrzną diodę Schottky'ego oraz masę (pin 3). Ze względu na czasy narastania prądu do 3A w czasie poniżej 50 nanosekund, pasożytnicza indukcyjność ścieżek PCB powoduje oscylacje w.cz., szpilki napięcia przekraczające dopuszczalne 45V oraz zakłócenia elektromagnetyczne (EMI).

Jak temu zapobiec

Poprowadź masę kondensatora wejściowego, anodę diody Schottky'ego oraz pin GND układu LM2596 do wspólnego punktu za pomocą szerokich wylewek miedzi o niskiej impedancji. Trasy między pinem 2, katodą diody i cewką muszą być jak najkrótsze. Odseparuj masę prądową od czułego dzielnika sprzężenia zwrotnego i łącz je wyłącznie w punkcie gwiazdy masy wyjściowej.

Ostrzeżenie

Wpływ ESR kondensatora wyjściowego na stabilność pętli

Wewnętrzna kompensacja napięciowa LM2596 wykorzystuje zastępczą rezystancję szeregową (ESR) kondensatora wyjściowego do wprowadzenia zera w transmitancji pętli regulacji. Zastosowanie wyłącznie kondensatora ceramicznego o ultra niskim ESR (< 10 mΩ) bez rezystora tłumiącego drastycznie obniża zapas fazy, powodując niestabilność, impulsowe paczki tętnień na wyjściu i słyszalny pisk dławika.

Jak temu zapobiec

Stosuj aluminiowe kondensatory elektrolityczne o niskim ESR (np. serie Panasonic HFQ/FC lub Nichicon PL, typowo od 180 µF do 680 µF z ESR w granicach 30 mΩ do 150 mΩ) jako COUT. Jeżeli wymagane są kondensatory ceramiczne, dodaj szeregowy rezystor tłumiący (0.05 Ω do 0.1 Ω) lub dołącz kondensator ceramiczny 100 nF równolegle do elektrolitycznego.

Ostrzeżenie

Wydzielanie ciepła w kluczu wewnętrznym przy prądzie 3A

Wewnętrzny bipolarny tranzystor mocy NPN wykazuje spadek napięcia nasycenia rzędu 1.16V do 1.4V przy obciążeniu 3A. Przy pełnym prądzie i typowym wypełnieniu klucz rozprasza w postaci ciepła od 2W do 3.5W. W wolnym powietrzu bez radiatora obudowa TO-220 (rezystancja termiczna θJA = 32°C/W) osiągnie przyrost temperatury złącza ΔTJ = 3.5W × 32°C/W = 112°C powyżej temperatury otoczenia, wyzwalając wyłącznik termiczny (TJ > 150°C).

Jak temu zapobiec

Oblicz moc strat układu PD = (VO × IO × VSAT) / VIN + (IQ × VIN) + straty przełączania. Zamontuj obudowę TO-220 na zewnętrznym radiatorze aluminiowym z pastą termoprzewodzącą (rezystancja termiczna <= 10°C/W dla 3A prądu ciągłego) lub zapewnij przynajmniej 13 cm² powierzchni miedzi 2 oz wokół wkładki TO-263.

Przykładowe Aplikacje Układowe

Przetwornica obniżająca impulsowa LM2596 (5V / 3A)

Topologia: Impulsowy regulator obniżający (Buck)

Zobacz schematOtwórz w Edytorze Web CAD

Oficjalna Dokumentacja i Cytowane Źródła

Oryginalne noty aplikacyjne, erraty i specyfikacje producentów półprzewodników.

DATASHEETTexas Instruments

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

Pomóż dbać o poprawność tej strony

Znalazłeś pin, obudowę lub parametr niezgodny z notą katalogową? Zgłoś to.

Zgłoś problem

Otwiera publiczny formularz na GitHubie z już wpisaną tą stroną; potrzebne jest bezpłatne konto GitHub. Jak działają zgłoszenia i potwierdzenia

Powiązane komponenty

Texas Instruments

LM7805

Stały liniowy stabilizator napięcia dodatniego 5 V, 1,5 A z wewnętrznym ograniczeniem prądu i zabezpieczeniem termicznym, w obudowach TO-220 i D2PAK.

Texas Instruments

TL431LP

Programowalny precyzyjny regulator bocznikowy o napięciu wyjściowym od 2.495V do 36V, prądzie katody od 1mA do 100mA i typowej impedancji dynamicznej 0.2Ω w 3-pinowej obudowie TO-92.

Advanced Monolithic Systems

AMS1117-3.3

Liniowy stabilizator napięcia dodatniego o niskim spadku (LDO), 1 A, ze stałym wyjściem 3,3 V w obudowie SOT-223.

STMicroelectronics

LM317T

Regulowany stabilizator napięcia liniowego dodatniego od 1.2V do 37V o wydajności prądowej powyżej 1.5A w obudowie TO-220 z wyprowadzeniami ADJ-OUT-IN i zabezpieczeniem termicznym.