Reguladores de Tensão e LDOsEm produção

LM2596

Fabricante: Texas Instruments

Dados retirados do datasheet: Texas Instruments SNVS124G, revisão Rev. G, março de 2023

Regulador de tensão chaveado step-down capaz de alimentar cargas de até 3A com frequência fixa de 150 kHz, faixa de entrada de 40V, proteção térmica interna e limitação de corrente ciclo a ciclo em encapsulamentos TO-220 e TO-263.

EncapsulamentosTO-220-5, TO-263-5

Tensão de alimentação4.5 – 40 V

Faixa de temperatura-40 – 125 °C

Datasheet Oficial (PDF)

Visão Geral Técnica

O LM2596 é um circuito integrado monolítico fabricado pela Texas Instruments (série SIMPLE SWITCHER®, documento SNVS124G, revisado em março de 2023) que fornece todas as funções ativas para um regulador chaveado abaixador de tensão (buck) capaz de alimentar cargas de até 3A com excelente regulação de linha e carga. Operando em frequência fixa de chaveamento de 150 kHz, o LM2596 permite o uso de componentes de filtragem menores do que reguladores de frequência inferior. Disponível nos encapsulamentos de 5 pinos TO-220 (through-hole) e TO-263 (SMD) com pinagem VIN, OUTPUT, GND, FEEDBACK e ON/OFF (com a aba metálica conectada internamente ao GND), o dispositivo opera na faixa de tensão de entrada de 4.5V a 40V. Possui chave interna NPN de 3A com tensão de saturação típica de 1.16V a 3A, referência interna bandgap de 1.23V para configurações ajustáveis, corrente de repouso de 5.0 mA em operação e 80 µA em modo shutdown, desligamento externo via pino ON/OFF compatível com TTL/CMOS, limite de corrente ciclo a ciclo de 4.5A típico e proteção contra sobreaquecimento térmico.

Pinagem do Encapsulamento e Funções Alternativas

Pinagem interativa e funções dos pinos do encapsulamento TO-220-5.

Ilustração do encapsulamento, não um desenho mecânico cotado.

5 / 5 pinos

Nome do pino	Tipo	Tolerante a 5V	Funções alternativas / detalhes
VIN	power in	—	Terminal de entrada de alimentação CC (faixa operacional contínua de 4.5V a 40V; requer capacitor de desacoplamento de baixo ESR posicionado próximo ao CI e terra)
OUTPUT	power out	—	Saída de emissor da chave de potência NPN interna de 3A (comuta a 150 kHz entre ~VIN - 1.2V e a queda do diodo Schottky abaixo do terra)
GND	ground	—	Referência de terra do circuito e contato térmico do substrato (internamente conectado à aba metálica de montagem)
FEEDBACK	analog in	Não	Terminal de realimentação de tensão de saída (sensora a tensão de saída regulada e compara com a referência interna de 1.23V)
ON/OFF	input only	Sim	Entrada de controle de shutdown (ativo em nível baixo: <= 0.6V ou flutuante liga o regulador; >= 2.0V até 25V coloca o dispositivo em modo de espera de 80 µA)

Especificações Principais

Atributos paramétricos

Parâmetro	Mín.	Típico	Máx.	Unidade	Condição de teste
Frequência do oscilador(fOSC)	127	150	173	kHz	VIN = 12 V, IO = 0.5 A, TJ = 25°C
Tensão de referência de realimentação(VREF)	1.193	1.230	1.267	V	LM2596-ADJ, VIN = 12 V, IO = 0.5 A, TJ = 25°C
Tensão de saturação da chave interna(VSAT)	—	1.16	1.4	V	IOUT = 3.0 A para TJ = 25°C
Limite de corrente(ICL)	3.6	4.5	6.9	A	Corrente de pico da chave, TJ = 25°C
Corrente de repouso em operação(IQ)	—	5.0	10	mA	Pino de realimentação = 5 V (sem chaveamento), TJ = 25°C
Corrente de repouso em espera(ISTBY)	—	80	200	µA	Pino ON/OFF = 5 V (modo shutdown), TJ = 25°C
Limiar de nível lógico alto de entrada ON/OFF(VIH)	2	1.3	25	V	Regulador desligado (modo de espera), TJ = 25°C
Limiar de nível lógico baixo de entrada ON/OFF(VIL)	-0.3	1.3	0.6	V	Regulador ligado (modo de operação), TJ = 25°C
Corrente de saída contínua máxima(IO_max)	3	3.0	—	A	4.5 V <= VIN <= 40 V, TJ <= 125°C com dissipador adequado
Eficiência(eta)	—	82	—	%	VIN = 12 V, VOUT = 5 V, IOUT = 3 A para TJ = 25°C

Valores Máximos Absolutos

Tensão de alimentação máx. (VDD/VCC)	45 V
Tensão de entrada máx.	25 V
Corrente máx. de saída / por pino	4500 mA
Temperatura de junção	-40 – 125 °C
Temperatura de armazenamento	-65 – 150 °C
Tolerância a ESD (HBM)	2000 V
Resistência térmica θJA (TO-220-5)	32 °C/W
Resistência térmica θJC (TO-220-5)	2 °C/W
Resistência térmica θJA (TO-263-5)	36 °C/W
Resistência térmica θJC (TO-263-5)	2 °C/W

Gotchas e Cuidados de Engenharia

Ressalvas reais de hardware, restrições de layout de PCB e erratas do silício a conhecer antes de fabricar.

Crítico

Uso obrigatório de diodo de captura Schottky rápido

O LM2596 requer um diodo Schottky de recuperação rápida (como 1N5822, B340A ou MBR360) ligado entre o pino 2 (OUTPUT) e o terra. A utilização de um retificador de silício convencional lento (como 1N4001 ou 1N5408) causa perdas severas por recuperação reversa, superaquecimento, fortes picos indutivos de tensão no pino 2 durante o desligamento da chave e destruição imediata do transistor NPN interno.

Mitigação

Especifique sempre um diodo Schottky dimensionado para no mínimo 3A de corrente direta média contínua (como 1N5822 ou SS34) e tensão reversa nominal de pelo menos 1.25 vezes a tensão máxima de entrada. Para barramentos de 24V ou 36V, adote retificadores de barreira Schottky de 40V ou 60V com tempo de recuperação ultracurto (trr < 10 ns).

Crítico

Loop crítico de chaveamento em alta frequência

O loop de comutação CA de alta potência é formado pelo capacitor de entrada CIN, a chave interna (pino 1 ao pino 2), o diodo Schottky de captura externo e o terminal de terra (pino 3). Como as correntes comutam a taxas de até 3A em menos de 50 nanosegundos, indutâncias parasitas nas trilhas da placa geram ringing de alta frequência, picos de tensão que excedem o limite absoluto de 45V e interferência eletromagnética (EMI).

Mitigação

Conecte o terra do capacitor de entrada, o ânodo do diodo Schottky e o pino GND do LM2596 em um único ponto utilizando planos largos de cobre de baixa impedância. Mantenha as trilhas entre o pino 2, o cátodo do diodo e o indutor o mais curtas possível. Separe o terra de potência do nó sensível de realimentação e una-os somente no ponto estrela do terra de saída.

Aviso

Limite de estabilidade por ESR do capacitor de saída

A compensação interna por modo de tensão do LM2596 depende da resistência série equivalente (ESR) do capacitor de saída para fornecer um zero indispensável na função de transferência da malha. O uso exclusivo de capacitor cerâmico de ultrabaixo ESR (< 10 mΩ) sem amortecimento degrada a margem de fase, provocando instabilidade na malha de controle, oscilações em rajada no ripple de saída e ruído audível no indutor.

Mitigação

Utilize capacitores eletrolíticos de alumínio de baixo ESR (como as séries Panasonic HFQ/FC ou Nichicon PL, tipicamente de 180 µF a 680 µF com ESR entre 30 mΩ e 150 mΩ) para COUT. Se capacitores cerâmicos de saída forem necessários, adicione um resistor amortecedor em série (0.05 Ω a 0.1 Ω) ou coloque um cerâmico de 100 nF em paralelo com o capacitor eletrolítico principal.

Aviso

Dissipação de potência da chave interna com carga de 3A

A chave de potência bipolar NPN interna apresenta queda de tensão de saturação de aproximadamente 1.16V a 1.4V sob carga de 3A. Em plena carga e ciclos de trabalho moderados, a chave dissipa entre 2W e 3.5W na forma de calor. Sem dissipador em ar livre, o encapsulamento TO-220 (resistência térmica θJA = 32°C/W) sofrerá elevação na temperatura de junção de ΔTJ = 3.5W × 32°C/W = 112°C acima da temperatura ambiente, disparando o desligamento térmico (TJ > 150°C).

Mitigação

Calcule a dissipação de potência PD = (VO × IO × VSAT) / VIN + (IQ × VIN) + perdas de comutação. Fixe o encapsulamento TO-220 em um dissipador de alumínio externo com pasta térmica (resistência térmica <= 10°C/W para 3A contínuo) ou reserve ao menos 13 cm² de plano de cobre de 2 oz ao redor da aba do TO-263.

Circuitos de Aplicação

Conversor rebaixador buck chaveado LM2596 (5V / 3A)

Topologia: Regulador chaveado rebaixador (Buck)

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Documentação Oficial e Datasheets Citados

Datasheets primários de fabricantes de semicondutores, erratas e notas de aplicação.

DATASHEETTexas Instruments

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

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Visão Geral Técnica

Pinagem do Encapsulamento e Funções Alternativas

Especificações Principais

Atributos paramétricos

Valores Máximos Absolutos

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Circuitos de Aplicação

Conversor rebaixador buck chaveado LM2596 (5V / 3A)

Documentação Oficial e Datasheets Citados

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

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