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LM2596S-3.3

器件型号:LM2596S-3.3
器件类别:模拟器件
文件大小:736.21KB,共0页
厂商名称:TI [Texas Instruments]
厂商官网:http://www.ti.com/
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器件描述

7.5 A SWITCHING REGULATOR, 173 kHz SWITCHING FREQ-MAX,

7.5 A 开关稳压器, 173 kHz 开关 最大频率,

参数

LM2596S-3.3功能数量 1
LM2596S-3.3端子数量 5
LM2596S-3.3额定输入电压 12 V
LM2596S-3.3最大限制输入电压 40 V
LM2596S-3.3最小限制输入电压 4.75 V
LM2596S-3.3最大工作温度 125 Cel
LM2596S-3.3最小工作温度 -40 Cel
LM2596S-3.3加工封装描述 TO-263, DDPAK-5
LM2596S-3.3状态 ACTIVE
LM2596S-3.3包装形状 矩形的
LM2596S-3.3包装尺寸 SMALL OUTLINE
LM2596S-3.3表面贴装 Yes
LM2596S-3.3端子形式 GULL WING
LM2596S-3.3端子间距 1.7 mm
LM2596S-3.3端子涂层 锡 铅
LM2596S-3.3端子位置 单一的
LM2596S-3.3包装材料 塑料/环氧树脂
LM2596S-3.3温度等级 AUTOMOTIVE
LM2596S-3.3最大输出电流 7.5 A
LM2596S-3.3模拟IC其它类型 开关稳压器
LM2596S-3.3额定调节电压 3.3 V
LM2596S-3.3交换机配置 BUCK
LM2596S-3.3最大开关频率 173 kHz

文档预览

LM2596S-3.3相关参考设计

Reference Designs for: Part LM2596S-3.3

LM2596S-3.3器件文档内容

                                                                                                                             May 2002          LM2596 SIMPLE SWITCHER Power Converter 150 kHz 3A Step-Down Voltage Regulator

LM2596

SIMPLE SWITCHER Power Converter 150 kHz

3A Step-Down Voltage Regulator

General Description                                             Features

The LM2596 series of regulators are monolithic integrated       n 3.3V, 5V, 12V, and adjustable output versions
circuits that provide all the active functions for a step-down  n Adjustable version output voltage range, 1.2V to 37V
(buck) switching regulator, capable of driving a 3A load with
excellent line and load regulation. These devices are avail-       4% max over line and load conditions
able in fixed output voltages of 3.3V, 5V, 12V, and an adjust-  n Available in TO-220 and TO-263 packages
able output version.                                            n Guaranteed 3A output load current
                                                                n Input voltage range up to 40V
Requiring a minimum number of external components, these        n Requires only 4 external components
regulators are simple to use and include internal frequency     n Excellent line and load regulation specifications
compensation, and a fixed-frequency oscillator.                 n 150 kHz fixed frequency internal oscillator
                                                                n TTL shutdown capability
The LM2596 series operates at a switching frequency of          n Low power standby mode, IQ typically 80 A
150 kHz thus allowing smaller sized filter components than      n High efficiency
what would be needed with lower frequency switching regu-       n Uses readily available standard inductors
lators. Available in a standard 5-lead TO-220 package with      n Thermal shutdown and current limit protection
several different lead bend options, and a 5-lead TO-263
surface mount package.                                          Applications

A standard series of inductors are available from several       n Simple high-efficiency step-down (buck) regulator
different manufacturers optimized for use with the LM2596       n On-card switching regulators
series. This feature greatly simplifies the design of           n Positive to negative converter
switch-mode power supplies.
                                                                Note: Patent Number 5,382,918.
Other features include a guaranteed 4% tolerance on out-
put voltage under specified input voltage and output load
conditions, and 15% on the oscillator frequency. External
shutdown is included, featuring typically 80 A standby cur-
rent. Self protection features include a two stage frequency
reducing current limit for the output switch and an over
temperature shutdown for complete protection under fault
conditions.

Typical Application (Fixed Output Voltage

Versions)

                                                                                                                   01258301

     SIMPLE SWITCHER and Switchers Made Simple are registered trademarks of National Semiconductor Corporation.            www.national.com

2002 National Semiconductor Corporation DS012583
LM2596  Connection Diagrams and Ordering Information

        Bent and Staggered Leads, Through Hole                                                                       Surface Mount Package
                                Package                                                                                  5-Lead TO-263 (S)

                         5-Lead TO-220 (T)

                                                                                                        01258302                                                                                                      01258303

        Order Number LM2596T-3.3, LM2596T-5.0,                                                                       Order Number LM2596S-3.3, LM2596S-5.0,
                 LM2596T-12 or LM2596T-ADJ                                                                                    LM2596S-12 or LM2596S-ADJ
               See NS Package Number T05D                                                                                   See NS Package Number TS5B

        www.national.com                                                                                          2
  Absolute Maximum Ratings (Note 1)                              Human Body Model (Note 2)                 2 kV              LM2596
                                                              Lead Temperature
  If Military/Aerospace specified devices are required,       S Package                                 +215C
  please contact the National Semiconductor Sales Office/                                               +245C
  Distributors for availability and specifications.              Vapor Phase (60 sec.)                  +260C
                                                                 Infrared (10 sec.)                     +150C
  Maximum Supply Voltage                      45V             T Package (Soldering, 10 sec.)
  ON /OFF Pin Input Voltage  -0.3  V  +25V                    Maximum Junction Temperature
  Feedback Pin Voltage        -0.3  V +25V
  Output Voltage to Ground                                    Operating Conditions
                                              -1V
     (Steady State)          Internally limited               Temperature Range               -40C  TJ  +125C
  Power Dissipation          -65C to +150C                  Supply Voltage                              4.5V to 40V
  Storage Temperature Range
  ESD Susceptibility

  LM2596-3.3
  Electrical Characteristics

  Specifications with standard type face are for TJ = 25C, and those with boldface type apply over full Operating Tempera-
  ture Range

                                                                                 LM2596-3.3              Units
                                                                                                        (Limits)
  Symbol  Parameter           Conditions                         Typ                           Limit
                                                               (Note 3)                       (Note 4)

SYSTEM PARAMETERS (Note 5) Test Circuit Figure 1

VOUT      Output Voltage     4.75V  VIN  40V, 0.2A  ILOAD  3A  3.3                                      V

                                                                                 3.168/3.135            V(min)

                                                                                 3.432/3.465            V(max)

          Efficiency         VIN = 12V, ILOAD = 3A             73                                       %

  LM2596-5.0
  Electrical Characteristics

  Specifications with standard type face are for TJ = 25C, and those with boldface type apply over full Operating Tempera-
  ture Range

                                                                                 LM2596-5.0              Units
                                                                                                        (Limits)
  Symbol  Parameter           Conditions                       Typ                            Limit

                                                               (Note 3)                       (Note 4)

SYSTEM PARAMETERS (Note 5) Test Circuit Figure 1

VOUT      Output Voltage     7V  VIN  40V, 0.2A  ILOAD  3A     5.0                                      V

                                                                                 4.800/4.750            V(min)

                                                                                 5.200/5.250            V(max)

          Efficiency         VIN = 12V, ILOAD = 3A             80                                       %

  LM2596-12
  Electrical Characteristics

  Specifications with standard type face are for TJ = 25C, and those with boldface type apply over full Operating Tempera-
  ture Range

                                                                                 LM2596-12               Units
                                                                                                        (Limits)
  Symbol  Parameter           Conditions                       Typ                            Limit

                                                               (Note 3)                       (Note 4)

SYSTEM PARAMETERS (Note 5) Test Circuit Figure 1

VOUT      Output Voltage     15V  VIN  40V, 0.2A  ILOAD  3A    12.0                                     V

                                                                                 11.52/11.40            V(min)

                                                                                 12.48/12.60            V(max)

          Efficiency         VIN = 25V, ILOAD = 3A             90                                       %

                                                           3                                            www.national.com
LM2596      LM2596-ADJ
            Electrical Characteristics

            Specifications with standard type face are for TJ = 25C, and those with boldface type apply over full Operating Tempera-
            ture Range

                                                                                               LM2596-ADJ             Units
                                                                                                                     (Limits)
            Symbol        Parameter                    Conditions                        Typ            Limit

                                                                                        (Note 3)        (Note 4)

        SYSTEM PARAMETERS (Note 5) Test Circuit Figure 1

        VFB               Feedback Voltage 4.5V  VIN  40V, 0.2A  ILOAD  3A              1.230                        V

                                           VOUT programmed for 3V. Circuit of Figure 1                  1.193/1.180  V(min)

                                                                                                        1.267/1.280  V(max)

                          Efficiency       VIN = 12V, VOUT = 3V, ILOAD = 3A              73                          %

            All Output Voltage Versions
            Electrical Characteristics

            Specifications with standard type face are for TJ = 25C, and those with boldface type apply over full Operating Tempera-
            ture Range. Unless otherwise specified, VIN = 12V for the 3.3V, 5V, and Adjustable version and VIN = 24V for the 12V ver-
            sion. ILOAD = 500 mA

                                                                                                  LM2596-XX           Units
                                                                                                                     (Limits)
        Symbol            Parameter                       Conditions                              Typ      Limit

                                                                                                  (Note 3) (Note 4)

        DEVICE PARAMETERS

        Ib          Feedback Bias Current    Adjustable Version Only, VFB = 1.3V                  10                 nA

                                                                                                           50/100 nA (max)

        fO          Oscillator Frequency     (Note 6)                                             150                kHz

                                                                                                           127/110 kHz(min)

                                                                                                           173/173 kHz(max)

        VSAT        Saturation Voltage       IOUT = 3A (Notes 7, 8)                               1.16               V

                                                                                                           1.4/1.5   V(max)

        DC          Max Duty Cycle (ON)      (Note 8)                                             100                %

                    Min Duty Cycle (OFF)     (Note 9)                                             0

        ICL         Current Limit            Peak Current (Notes 7, 8)                            4.5                A

                                                                                                           3.6/3.4   A(min)

                                                                                                           6.9/7.5   A(max)

        IL          Output Leakage Current Output = 0V (Notes 7, 9)                                            50    A(max)

                                             Output = -1V (Note 10)                               2                  mA

                                                                                                               30    mA(max)

        IQ          Quiescent Current        (Note 9)                                             5                  mA

                                                                                                               10    mA(max)

        ISTBY       Standby Quiescent Current ON/OFF pin = 5V (OFF) (Note 10)                     80                 A

                                                                                                           200/250 A(max)

        JC          Thermal Resistance       TO-220 or TO-263 Package, Junction to Case           2                  C/W
                                                                                                                     C/W
        JA                                   TO-220 Package, Junction to Ambient (Note 11)        50                 C/W
                                                                                                                     C/W
        JA                                   TO-263 Package, Junction to Ambient (Note 12)        50                 C/W

        JA                                   TO-263 Package, Junction to Ambient (Note 13)        30

        JA                                   TO-263 Package, Junction to Ambient (Note 14)        20

        ON/OFF CONTROL Test Circuit Figure 1

                    ON /OFF Pin Logic Input                                                       1.3                V

        VIH         Threshold Voltage        Low (Regulator ON)                                            0.6       V(max)
                                             High (Regulator OFF)
        VIL                                                                                                2.0       V(min)

        www.national.com                                             4
    All Output Voltage Versions                                                                                                                                            LM2596

    Electrical Characteristics (Continued)

    Specifications with standard type face are for TJ = 25C, and those with boldface type apply over full Operating Tempera-
    ture Range. Unless otherwise specified, VIN = 12V for the 3.3V, 5V, and Adjustable version and VIN = 24V for the 12V ver-
    sion. ILOAD = 500 mA

                                                                           LM2596-XX              Units
                                                                                                 (Limits)
Symbol  Parameter                           Conditions                       Typ      Limit
                                                                           (Note 3)  (Note 4)

IH      ON /OFF Pin Input Current VLOGIC = 2.5V (Regulator OFF)            5                     A

                                                                                     15          A(max)

IL                                VLOGIC = 0.5V (Regulator ON)             0.02                  A

                                                                                     5           A(max)

    Note 1: Absolute Maximum Ratings indicate limits beyond which damage to the device may occur. Operating Ratings indicate conditions for which the device is
    intended to be functional, but do not guarantee specific performance limits. For guaranteed specifications and test conditions, see the Electrical Characteristics.

    Note 2: The human body model is a 100 pF capacitor discharged through a 1.5k resistor into each pin.

    Note 3: Typical numbers are at 25C and represent the most likely norm.

    Note 4: All limits guaranteed at room temperature (standard type face) and at temperature extremes (bold type face). All room temperature limits are 100%
    production tested. All limits at temperature extremes are guaranteed via correlation using standard Statistical Quality Control (SQC) methods. All limits are used to
    calculate Average Outgoing Quality Level (AOQL).

    Note 5: External components such as the catch diode, inductor, input and output capacitors, and voltage programming resistors can affect switching regulator
    system performance. When the LM2596 is used as shown in the Figure 1 test circuit, system performance will be as shown in system parameters section of Electrical
    Characteristics.

    Note 6: The switching frequency is reduced when the second stage current limit is activated.

    Note 7: No diode, inductor or capacitor connected to output pin.

    Note 8: Feedback pin removed from output and connected to 0V to force the output transistor switch ON.

    Note 9: Feedback pin removed from output and connected to 12V for the 3.3V, 5V, and the ADJ. version, and 15V for the 12V version, to force the output transistor
    switch OFF.

    Note 10: VIN = 40V.
    Note 11: Junction to ambient thermal resistance (no external heat sink) for the TO-220 package mounted vertically, with the leads soldered to a printed circuit board
    with (1 oz.) copper area of approximately 1 in2.
    Note 12: Junction to ambient thermal resistance with the TO-263 package tab soldered to a single printed circuit board with 0.5 in2 of (1 oz.) copper area.
    Note 13: Junction to ambient thermal resistance with the TO-263 package tab soldered to a single sided printed circuit board with 2.5 in2 of (1 oz.) copper area.
    Note 14: Junction to ambient thermal resistance with the TO-263 package tab soldered to a double sided printed circuit board with 3 in2 of (1 oz.) copper area on
    the LM2596S side of the board, and approximately 16 in2 of copper on the other side of the p-c board. See Application Information in this data sheet and the thermal
    model in Switchers Made SimpleTM version 4.3 software.

    Typical Performance Characteristics (Circuit of Figure 1)

          Normalized              Line Regulation                                    Efficiency
        Output Voltage

                        01258304                                 01258305                        01258306

                                            5                                                    www.national.com
LM2596  Typical Performance Characteristics (Circuit of Figure 1) (Continued)

        Switch Saturation                                           Switch Current Limit                                      Dropout Voltage
               Voltage

                                                       01258307                                                     01258308                                                    01258309

              Operating                                                  Shutdown                                             Minimum Operating
        Quiescent Current                                           Quiescent Current                                            Supply Voltage

                                                          01258310                                                01258311                                                        01258312

        ON /OFF Threshold                                              ON /OFF Pin                                            Switching Frequency
                Voltage                                             Current (Sinking)

                           01258313                                    01258314                                                                01258315

        www.national.com                                            6
Typical Performance Characteristics (Circuit of Figure 1) (Continued)                               LM2596

                Feedback Pin
                 Bias Current

                                                                        01258316

7                                                                                 www.national.com
LM2596  Typical Performance Characteristics                                             Discontinuous Mode Switching Waveforms

                    Continuous Mode Switching Waveforms                                     VIN = 20V, VOUT = 5V, ILOAD = 500 mA
                         VIN = 20V, VOUT = 5V, ILOAD = 2A                             L = 10 H, COUT = 330 F, COUT ESR = 45 m

                L = 32 H, COUT = 220 F, COUT ESR = 50 m

                                                            01258317                                                                      01258318

                          Horizontal Time Base: 2 s/div.                                               Horizontal Time Base: 2 s/div.

        A: Output Pin Voltage, 10V/div.                                               A: Output Pin Voltage, 10V/div.
        B: Inductor Current 1A/div.                                                   B: Inductor Current 0.5A/div.
        C: Output Ripple Voltage, 50 mV/div.                                          C: Output Ripple Voltage, 100 mV/div.

        Load Transient Response for Continuous Mode                                   Load Transient Response for Discontinuous Mode

          VIN = 20V, VOUT = 5V, ILOAD = 500 mA to 2A                                      VIN = 20V, VOUT = 5V, ILOAD = 500 mA to 2A
         L = 32 H, COUT = 220 F, COUT ESR = 50 m                                       L = 10 H, COUT = 330 F, COUT ESR = 45 m

                                                                                                                                          01258320

                                                                         01258319                      Horizontal Time Base: 200 s/div.

                         Horizontal Time Base: 100 s/div.                            A: Output Voltage, 100 mV/div. (AC)
                                                                                      B: 500 mA to 2A Load Pulse
        A: Output Voltage, 100 mV/div. (AC)
        B: 500 mA to 2A Load Pulse

        Test Circuit and Layout Guidelines

                          Fixed Output Voltage Versions

                                                                                      01258322

        CIN -- 470 F, 50V, Aluminum Electrolytic Nichicon "PL Series"
        COUT -- 220 F, 25V Aluminum Electrolytic, Nichicon "PL Series"
        D1 -- 5A, 40V Schottky Rectifier, 1N5825
        L1 -- 68 H, L38

        www.national.com                                                           8
Test Circuit and Layout Guidelines (Continued)                                                                                       LM2596

                                                           Adjustable Output Voltage Versions

                                                                                                   01258323

where VREF = 1.23V

Select R1 to be approximately 1 k, use a 1% resistor for best stability.
CIN -- 470 F, 50V, Aluminum Electrolytic Nichicon "PL Series"
COUT -- 220 F, 35V Aluminum Electrolytic, Nichicon "PL Series"
D1 -- 5A, 40V Schottky Rectifier, 1N5825
L1 -- 68 H, L38
R1 -- 1 k, 1%
CFF -- See Application Information Section

                                               FIGURE 1. Standard Test Circuits and Layout Guides

As in any switching regulator, layout is very important. Rap-        When using the adjustable version, special care must be
idly switching currents associated with wiring inductance can        taken as to the location of the feedback resistors and the
generate voltage transients which can cause problems. For            associated wiring. Physically locate both resistors near the
minimal inductance and ground loops, the wires indicated by          IC, and route the wiring away from the inductor, especially an
heavy lines should be wide printed circuit traces and                open core type of inductor. (See application section for more
should be kept as short as possible. For best results,               information.)
external components should be located as close to the
switcher lC as possible using ground plane construction or
single point grounding.

If open core inductors are used, special care must be
taken as to the location and positioning of this type of induc-
tor. Allowing the inductor flux to intersect sensitive feedback,
lC groundpath and COUT wiring can cause problems.

                                                                  9                                          www.national.com
LM2596  LM2596 Series Buck Regulator Design Procedure (Fixed Output)

                PROCEDURE (Fixed Output Voltage Version)                                 EXAMPLE (Fixed Output Voltage Version)

        Given:                                                                Given:

        VOUT = Regulated Output Voltage (3.3V, 5V or 12V)                     VOUT = 5V
        VIN(max) = Maximum DC Input Voltage                                   VIN(max) = 12V
        ILOAD(max) = Maximum Load Current                                     ILOAD(max) = 3A

        1. Inductor Selection (L1)                                            1. Inductor Selection (L1)

        A. Select the correct inductor value selection guide from Fig-        A. Use the inductor selection guide for the 5V version shown
        ures Figure 4, Figure 5, or Figure 6. (Output voltages of 3.3V,       in Figure 5.
        5V, or 12V respectively.) For all other voltages, see the design
        procedure for the adjustable version.                                 B. From the inductor value selection guide shown in Figure 5,
                                                                              the inductance region intersected by the 12V horizontal line
        B. From the inductor value selection guide, identify the induc-       and the 3A vertical line is 33 H, and the inductor code is L40.
        tance region intersected by the Maximum Input Voltage line
        and the Maximum Load Current line. Each region is identified          C. The inductance value required is 33 H. From the table in
        by an inductance value and an inductor code (LXX).                    Figure 8, go to the L40 line and choose an inductor part
                                                                              number from any of the four manufacturers shown. (In most
        C. Select an appropriate inductor from the four manufacturer's        instance, both through hole and surface mount inductors are
        part numbers listed in Figure 8.                                      available.)

        2. Output Capacitor Selection (COUT)                                  2. Output Capacitor Selection (COUT)
        A. In the majority of applications, low ESR (Equivalent Series        A. See section on output capacitors in application infor-
        Resistance) electrolytic capacitors between 82 F and 820 F          mation section.
        and low ESR solid tantalum capacitors between 10 F and
        470 F provide the best results. This capacitor should be             B. From the quick design component selection table shown in
        located close to the IC using short capacitor leads and short         Figure 2, locate the 5V output voltage section. In the load
        copper traces. Do not use capacitors larger than 820 F .             current column, choose the load current line that is closest to
                                                                              the current needed in your application, for this example, use
        For additional information, see section on output capaci-             the 3A line. In the maximum input voltage column, select the
        tors in application information section.                              line that covers the input voltage needed in your application, in
                                                                              this example, use the 15V line. Continuing on this line are
        B. To simplify the capacitor selection procedure, refer to the        recommended inductors and capacitors that will provide the
        quick design component selection table shown in Figure 2.             best overall performance.
        This table contains different input voltages, output voltages,
        and load currents, and lists various inductors and output ca-         The capacitor list contains both through hole electrolytic and
        pacitors that will provide the best design solutions.                 surface mount tantalum capacitors from four different capaci-
                                                                              tor manufacturers. It is recommended that both the manufac-
        C. The capacitor voltage rating for electrolytic capacitors           turers and the manufacturer's series that are listed in the table
        should be at least 1.5 times greater than the output voltage,         be used.
        and often much higher voltage ratings are needed to satisfy
        the low ESR requirements for low output ripple voltage.               In this example aluminum electrolytic capacitors from several
                                                                              different manufacturers are available with the range of ESR
        D. For computer aided design software, see Switchers Made             numbers needed.
        SimpleTM version 4.3 or later.
                                                                                    330 F 35V Panasonic HFQ Series

                                                                                    330 F 35V Nichicon PL Series

                                                                              C. For a 5V output, a capacitor voltage rating at least 7.5V or
                                                                              more is needed. But even a low ESR, switching grade, 220 F
                                                                              10V aluminum electrolytic capacitor would exhibit approxi-
                                                                              mately 225 m of ESR (see the curve in Figure 14 for the ESR
                                                                              vs voltage rating). This amount of ESR would result in rela-
                                                                              tively high output ripple voltage. To reduce the ripple to 1% of
                                                                              the output voltage, or less, a capacitor with a higher value or
                                                                              with a higher voltage rating (lower ESR) should be selected. A
                                                                              16V or 25V capacitor will reduce the ripple voltage by approxi-
                                                                              mately half.

        www.national.com                                                  10
LM2596 Series Buck Regulator Design Procedure (Fixed Output) (Continued)                                                                 LM2596

        PROCEDURE (Fixed Output Voltage Version)                                  EXAMPLE (Fixed Output Voltage Version)
                                                                       3. Catch Diode Selection (D1)
3. Catch Diode Selection (D1)                                          A. Refer to the table shown in Figure 11. In this example, a 5A,
                                                                       20V, 1N5823 Schottky diode will provide the best perfor-
A. The catch diode current rating must be at least 1.3 times           mance, and will not be overstressed even for a shorted output.
greater than the maximum load current. Also, if the power
supply design must withstand a continuous output short, the            4. Input Capacitor (CIN)
diode should have a current rating equal to the maximum                The important parameters for the Input capacitor are the input
current limit of the LM2596. The most stressful condition for          voltage rating and the RMS current rating. With a nominal
this diode is an overload or shorted output condition.                 input voltage of 12V, an aluminum electrolytic capacitor with a
                                                                       voltage rating greater than 18V (1.5 x VIN) would be needed.
B. The reverse voltage rating of the diode should be at least          The next higher capacitor voltage rating is 25V.
1.25 times the maximum input voltage.                                  The RMS current rating requirement for the input capacitor in
                                                                       a buck regulator is approximately 1/2 the DC load current. In
C. This diode must be fast (short reverse recovery time) and           this example, with a 3A load, a capacitor with a RMS current
must be located close to the LM2596 using short leads and              rating of at least 1.5A is needed. The curves shown in Figure
short printed circuit traces. Because of their fast switching          13 can be used to select an appropriate input capacitor. From
speed and low forward voltage drop, Schottky diodes provide            the curves, locate the 35V line and note which capacitor
the best performance and efficiency, and should be the first           values have RMS current ratings greater than 1.5A. A 680 F/
choice, especially in low output voltage applications. Ultra-fast      35V capacitor could be used.
recovery, or High-Efficiency rectifiers also provide good re-          For a through hole design, a 680 F/35V electrolytic capacitor
sults. Ultra-fast recovery diodes typically have reverse recov-        (Panasonic HFQ series or Nichicon PL series or equivalent)
ery times of 50 ns or less. Rectifiers such as the 1N5400              would be adequate. other types or other manufacturers ca-
series are much too slow and should not be used.                       pacitors can be used provided the RMS ripple current ratings
                                                                       are adequate.
4. Input Capacitor (CIN)                                               For surface mount designs, solid tantalum capacitors can be
A low ESR aluminum or tantalum bypass capacitor is needed              used, but caution must be exercised with regard to the capaci-
between the input pin and ground pin to prevent large voltage          tor surge current rating (see Application Information on input
transients from appearing at the input. This capacitor should          capacitors in this data sheet). The TPS series available from
be located close to the IC using short leads. In addition, the         AVX, and the 593D series from Sprague are both surge cur-
RMS current rating of the input capacitor should be selected to        rent tested.
be at least 1/2 the DC load current. The capacitor manufactur-
ers data sheet must be checked to assure that this current
rating is not exceeded. The curve shown in Figure 13 shows
typical RMS current ratings for several different aluminum
electrolytic capacitor values.

For an aluminum electrolytic, the capacitor voltage rating
should be approximately 1.5 times the maximum input volt-
age. Caution must be exercised if solid tantalum capacitors
are used (see Application Information on input capacitor). The
tantalum capacitor voltage rating should be 2 times the maxi-
mum input voltage and it is recommended that they be surge
current tested by the manufacturer.

Use caution when using ceramic capacitors for input bypass-
ing, because it may cause severe ringing at the VIN pin.
For additional information, see section on input capaci-
tors in Application Information section.

                                                                   11  www.national.com
LM2596  LM2596 Series Buck Regulator Design Procedure (Fixed Output) (Continued)

                          Conditions                   Inductor                            Output Capacitor

                                                                               Through Hole Electrolytic Surface Mount Tantalum

        Output             Load       Max Input        Inductance Inductor     Panasonic   Nichicon   AVX TPS Sprague
        Voltage           Current      Voltage
                                           (V)         (H)           (#)      HFQ Series  PL Series  Series 595D Series
           (V)               (A)                    5
           3.3                3                     7                          (F/V)      (F/V)     (F/V)   (F/V)
                                                  10
            5                 2                   40          22 L41           470/25      560/16     330/6.3  390/6.3
                              3                     6         22 L41
           12                                     10          22 L41           560/35      560/35     330/6.3  390/6.3
                              2                   40          33 L40
                              3                     8         22 L33           680/35      680/35     330/6.3  390/6.3
                                                  10          33 L32
                              2                   15          47 L39           560/35      470/35     330/6.3  390/6.3
                                                  40          22 L41
                                                    9         22 L41           470/25      470/35     330/6.3  390/6.3
                                                  20          33 L40
                                                  40          47 L39           330/35      330/35     330/6.3  390/6.3
                                                  15          22 L33
                                                  18          68 L38           330/35      270/50     220/10   330/10
                                                  30          68 L38
                                                  40          22 L41           470/25      560/16     220/10   330/10
                                                  15          33 L40
                                                  20          68 L44           560/25      560/25     220/10   330/10
                                                  40          68 L44
                                                              33 L32           330/35      330/35     220/10   330/10
                                                              68 L38
                                                             150 L42           330/35      270/35     220/10   330/10

                                                                               470/25      560/16     220/10   330/10

                                                                               180/35      180/35     100/10   270/10

                                                                               180/35      180/35     100/10   270/10

                                                                               470/25      470/25     100/16   180/16

                                                                               330/25      330/25     100/16   180/16

                                                                               180/25      180/25     100/16   120/20

                                                                               180/35      180/35     100/16   120/20

                                                                               330/25      330/25     100/16   180/16

                                                                               180/25      180/25     100/16   120/20

                                                                               82/25       82/25      68/20    68/25

                                   FIGURE 2. LM2596 Fixed Voltage Quick Design Component Selection Table

        www.national.com                                                   12
LM2596 Series Buck Regulator Design Procedure (Adjustable Output)                                                                       LM2596

    PROCEDURE (Adjustable Output Voltage Version)                            EXAMPLE (Adjustable Output Voltage Version)

Given:                                                                Given:
VOUT = Regulated Output Voltage                                       VOUT = 20V
VIN(max) = Maximum Input Voltage                                      VIN(max) = 28V
ILOAD(max) = Maximum Load Current                                     ILOAD(max) = 3A
F = Switching Frequency (Fixed at a nominal 150 kHz).                 F = Switching Frequency (Fixed at a nominal 150 kHz).

1. Programming Output Voltage (Selecting R1 and R2, as                1. Programming Output Voltage (Selecting R1 and R2, as
shown in Figure 1 )                                                   shown in Figure 1 )
Use the following formula to select the appropriate resistor          Select R1 to be 1 k, 1%. Solve for R2.
values.

Select a value for R1 between 240 and 1.5 k. The lower                R2 = 1k (16.26 - 1) = 15.26k, closest 1% value is 15.4 k.
resistor values minimize noise pickup in the sensitive feed-          R2 = 15.4 k.
back pin. (For the lowest temperature coefficient and the best
stability with time, use 1% metal film resistors.)

2. Inductor Selection (L1)                                            2. Inductor Selection (L1)
                                                                      A. Calculate the inductor Volt microsecond constant
A. Calculate the inductor Volt microsecond constant E T (V        (E T),
s), from the following formula:

where VSAT = internal switch saturation voltage = 1.16V               B. E T = 34.2 (V s)
and VD = diode forward voltage drop = 0.5V
B. Use the E T value from the previous formula and match it         C. ILOAD(max) = 3A
with the E T number on the vertical axis of the Inductor Value      D. From the inductor value selection guide shown in Figure 7,
Selection Guide shown in Figure 7.                                    the inductance region intersected by the 34 (V s) horizontal
                                                                      line and the 3A vertical line is 47 H, and the inductor code is
C. on the horizontal axis, select the maximum load current.           L39.

D. Identify the inductance region intersected by the E T value      E. From the table in Figure 8, locate line L39, and select an
and the Maximum Load Current value. Each region is identi-            inductor part number from the list of manufacturers part num-
fied by an inductance value and an inductor code (LXX).               bers.

E. Select an appropriate inductor from the four manufacturer's
part numbers listed in Figure 8.

                                                                  13  www.national.com
LM2596  LM2596 Series Buck Regulator Design Procedure (Adjustable Output)

         (Continued)

            PROCEDURE (Adjustable Output Voltage Version)                             EXAMPLE (Adjustable Output Voltage Version)
        3. Output Capacitor Selection (COUT)
        A. In the majority of applications, low ESR electrolytic or solid      3. Output Capacitor SeIection (COUT)
        tantalum capacitors between 82 F and 820 F provide the               A. See section on COUT in Application Information section.
        best results. This capacitor should be located close to the IC         B. From the quick design table shown in Figure 3, locate the
        using short capacitor leads and short copper traces. Do not            output voltage column. From that column, locate the output
        use capacitors larger than 820 F. For additional informa-             voltage closest to the output voltage in your application. In this
        tion, see section on output capacitors in application in-              example, select the 24V line. Under the output capacitor sec-
        formation section.                                                     tion, select a capacitor from the list of through hole electrolytic
        B. To simplify the capacitor selection procedure, refer to the         or surface mount tantalum types from four different capacitor
        quick design table shown in Figure 3. This table contains              manufacturers. It is recommended that both the manufactur-
        different output voltages, and lists various output capacitors         ers and the manufacturers series that are listed in the table be
        that will provide the best design solutions.                           used.
        C. The capacitor voltage rating should be at least 1.5 times
        greater than the output voltage, and often much higher voltage         In this example, through hole aluminum electrolytic capacitors
        ratings are needed to satisfy the low ESR requirements                 from several different manufacturers are available.
        needed for low output ripple voltage.
                                                                                     220 F/35V Panasonic HFQ Series
        4. Feedforward Capacitor (CFF) (See Figure 1)
        For output voltages greater than approximately 10V, an addi-                 150 F/35V Nichicon PL Series
        tional capacitor is required. The compensation capacitor is
        typically between 100 pF and 33 nF, and is wired in parallel           C. For a 20V output, a capacitor rating of at least 30V or more
        with the output voltage setting resistor, R2. It provides addi-        is needed. In this example, either a 35V or 50V capacitor
        tional stability for high output voltages, low input-output volt-      would work. A 35V rating was chosen, although a 50V rating
        ages, and/or very low ESR output capacitors, such as solid             could also be used if a lower output ripple voltage is needed.
        tantalum capacitors.
                                                                               Other manufacturers or other types of capacitors may also be
                                                                               used, provided the capacitor specifications (especially the 100
                                                                               kHz ESR) closely match the types listed in the table. Refer to
                                                                               the capacitor manufacturers data sheet for this information.

                                                                               4. Feedforward Capacitor (CFF)
                                                                               The table shown in Figure 3 contains feed forward capacitor
                                                                               values for various output voltages. In this example, a 560 pF
                                                                               capacitor is needed.

        This capacitor type can be ceramic, plastic, silver mica, etc.
        (Because of the unstable characteristics of ceramic capacitors
        made with Z5U material, they are not recommended.)

        www.national.com                                                   14
LM2596 Series Buck Regulator Design Procedure (Adjustable Output)                                                                        LM2596

(Continued)

    PROCEDURE (Adjustable Output Voltage Version)                             EXAMPLE (Adjustable Output Voltage Version)
                                                                       5. Catch Diode Selection (D1)
5. Catch Diode Selection (D1)                                          A. Refer to the table shown in Figure 11. Schottky diodes
                                                                       provide the best performance, and in this example a 5A, 40V,
A. The catch diode current rating must be at least 1.3 times           1N5825 Schottky diode would be a good choice. The 5A diode
greater than the maximum load current. Also, if the power              rating is more than adequate and will not be overstressed
supply design must withstand a continuous output short, the            even for a shorted output.
diode should have a current rating equal to the maximum
current limit of the LM2596. The most stressful condition for          6. Input Capacitor (CIN)
this diode is an overload or shorted output condition.                 The important parameters for the Input capacitor are the input
                                                                       voltage rating and the RMS current rating. With a nominal
B. The reverse voltage rating of the diode should be at least          input voltage of 28V, an aluminum electrolytic aluminum elec-
1.25 times the maximum input voltage.                                  trolytic capacitor with a voltage rating greater than 42V (1.5 x
                                                                       VIN) would be needed. Since the the next higher capacitor
C. This diode must be fast (short reverse recovery time) and           voltage rating is 50V, a 50V capacitor should be used. The
must be located close to the LM2596 using short leads and              capacitor voltage rating of (1.5 x VIN) is a conservative guide-
short printed circuit traces. Because of their fast switching          line, and can be modified somewhat if desired.
speed and low forward voltage drop, Schottky diodes provide            The RMS current rating requirement for the input capacitor of
the best performance and efficiency, and should be the first           a buck regulator is approximately 1/2 the DC load current. In
choice, especially in low output voltage applications. Ultra-fast      this example, with a 3A load, a capacitor with a RMS current
recovery, or High-Efficiency rectifiers are also a good choice,        rating of at least 1.5A is needed.
but some types with an abrupt turn-off characteristic may              The curves shown in Figure 13 can be used to select an
cause instability or EMl problems. Ultra-fast recovery diodes          appropriate input capacitor. From the curves, locate the 50V
typically have reverse recovery times of 50 ns or less. Recti-         line and note which capacitor values have RMS current ratings
fiers such as the 1N4001 series are much too slow and should           greater than 1.5A. Either a 470 F or 680 F, 50V capacitor
not be used.                                                           could be used.
                                                                       For a through hole design, a 680 F/50V electrolytic capacitor
6. Input Capacitor (CIN)                                               (Panasonic HFQ series or Nichicon PL series or equivalent)
A low ESR aluminum or tantalum bypass capacitor is needed              would be adequate. Other types or other manufacturers ca-
between the input pin and ground to prevent large voltage              pacitors can be used provided the RMS ripple current ratings
transients from appearing at the input. In addition, the RMS           are adequate.
current rating of the input capacitor should be selected to be at      For surface mount designs, solid tantalum capacitors can be
least 1/2 the DC load current. The capacitor manufacturers             used, but caution must be exercised with regard to the capaci-
data sheet must be checked to assure that this current rating          tor surge current rting (see Application Information or input
is not exceeded. The curve shown in Figure 13 shows typical            capacitors in this data sheet). The TPS series available from
RMS current ratings for several different aluminum electrolytic        AVX, and the 593D series from Sprague are both surge cur-
capacitor values.                                                      rent tested.
                                                                       To further simplify the buck regulator design procedure, Na-
This capacitor should be located close to the IC using short           tional Semiconductor is making available computer design
leads and the voltage rating should be approximately 1.5               software to be used with the Simple Switcher line ot switching
times the maximum input voltage.                                       regulators. Switchers Made Simple (version 4.3 or later) is
                                                                       available on a 31/2" diskette for IBM compatible computers.
If solid tantalum input capacitors are used, it is recomended
that they be surge current tested by the manufacturer.

Use caution when using a high dielectric constant ceramic
capacitor for input bypassing, because it may cause severe
ringing at the VIN pin.
For additional information, see section on input capaci-
tors in application information section.

                                                                   15  www.national.com
LM2596  LM2596 Series Buck Regulator Design Procedure (Adjustable Output)

        Output                    Through Hole Output Capacitor                                                  Surface Mount Output Capacitor
        Voltage
                          Panasonic   Nichicon PL                                                   Feedforward  AVX TPS  Sprague      Feedforward
           (V)
                          HFQ Series  Series                                                        Capacitor    Series   595D Series  Capacitor
            2
            4             (F/V)      (F/V)                                                                     (F/V)   (F/V)
            6
            9             820/35      820/35                                                        33 nF        330/6.3  470/4        33 nF
           12
           15             560/35      470/35                                                        10 nF        330/6.3  390/6.3      10 nF
           24
           28             470/25      470/25                                                        3.3 nF       220/10   330/10       3.3 nF

                          330/25      330/25                                                        1.5 nF       100/16   180/16       1.5 nF

                          330/25      330/25                                                        1 nF         100/16   180/16       1 nF

                          220/35      220/35                                                        680 pF       68/20    120/20       680 pF

                          220/35      150/35                                                        560 pF       33/25    33/25        220 pF

                          100/50      100/50                                                        390 pF       10/35    15/50        220 pF

                          FIGURE 3. Output Capacitor and Feedforward Capacitor Selection Table

        LM2596 Series Buck Regulator Design Procedure

        INDUCTOR VALUE SELECTION GUIDES (For Continuous Mode Operation)

                                                                                          01258324                                                                                       01258326

                          FIGURE 4. LM2596-3.3                                                                            FIGURE 6. LM2596-12

                                                                                          01258325                                                                                         01258327

                          FIGURE 5. LM2596-5.0                                                                            FIGURE 7. LM2596-ADJ

        www.national.com                                                                            16
LM2596 Series Buck Regulator Design Procedure (Continued)                                                 LM2596

     Inductance Current        Schott                Renco         Pulse Engineering    Coilcraft

     (H)  (A) Through Surface           Through            Surface Through Surface     Surface

                         Hole    Mount   Hole               Mount  Hole      Mount      Mount

L15        22 0.99 67148350 67148460 RL-1284-22-43 RL1500-22 PE-53815 PE-53815-S DO3308-223

L21        68 0.99 67144070 67144450 RL-5471-5          RL1500-68 PE-53821 PE-53821-S DO3316-683

L22        47 1.17 67144080 67144460 RL-5471-6              --     PE-53822 PE-53822-S DO3316-473

L23        33 1.40 67144090 67144470 RL-5471-7              --     PE-53823 PE-53823-S DO3316-333

L24        22 1.70 67148370 67148480 RL-1283-22-43          --     PE-53824 PE-53825-S DO3316-223

L25        15 2.10 67148380 67148490 RL-1283-15-43          --     PE-53825 PE-53824-S DO3316-153

L26        330 0.80 67144100 67144480 RL-5471-1             --     PE-53826 PE-53826-S DO5022P-334

L27        220 1.00 67144110 67144490 RL-5471-2             --     PE-53827 PE-53827-S DO5022P-224

L28        150 1.20 67144120 67144500 RL-5471-3             --     PE-53828 PE-53828-S DO5022P-154

L29        100 1.47 67144130 67144510 RL-5471-4             --     PE-53829 PE-53829-S DO5022P-104

L30        68 1.78 67144140 67144520 RL-5471-5              --     PE-53830 PE-53830-S DO5022P-683

L31        47 2.20 67144150 67144530 RL-5471-6              --     PE-53831 PE-53831-S DO5022P-473

L32        33 2.50 67144160 67144540 RL-5471-7              --     PE-53932 PE-53932-S DO5022P-333

L33        22 3.10 67148390 67148500 RL-1283-22-43          --     PE-53933 PE-53933-S DO5022P-223

L34        15 3.40 67148400 67148790 RL-1283-15-43          --     PE-53934 PE-53934-S DO5022P-153

L35        220 1.70 67144170           -- RL-5473-1         --     PE-53935 PE-53935-S  --

L36        150 2.10 67144180           -- RL-5473-4         --     PE-54036 PE-54036-S  --

L37        100 2.50 67144190           -- RL-5472-1         --     PE-54037 PE-54037-S  --

L38        68 3.10 67144200            -- RL-5472-2         --     PE-54038 PE-54038-S  --

L39        47 3.50 67144210            -- RL-5472-3         --     PE-54039 PE-54039-S  --

L40        33 3.50 67144220 67148290 RL-5472-4              --     PE-54040 PE-54040-S  --

L41        22 3.50 67144230 67148300 RL-5472-5              --     PE-54041 PE-54041-S  --

L42        150 2.70 67148410           -- RL-5473-4         --     PE-54042 PE-54042-S  --

L43        100 3.40 67144240           -- RL-5473-2         --     PE-54043             --

L44        68 3.40 67144250            -- RL-5473-3         --     PE-54044             --

                         FIGURE 8. Inductor Manufacturers Part Numbers

                         Coilcraft Inc.  Phone          (800) 322-2645
                                                        (708) 639-1469
                                         FAX            +11 1236 730 595
                                                        +44 1236 730 627
                         Coilcraft Inc., Europe Phone   (619) 674-8100
                                                        (619) 674-8262
                                         FAX            +353 93 24 107
                                                        +353 93 24 459
                         Pulse Engineering Inc. Phone   (800) 645-5828
                                                        (516) 586-5562
                                         FAX            (612) 475-1173
                                                        (612) 475-1786
                         Pulse Engineering Inc., Phone

                         Europe          FAX

                         Renco Electronics Inc. Phone

                                         FAX

                         Schott Corp.    Phone

                                         FAX

                         FIGURE 9. Inductor Manufacturers Phone Numbers

                                         17                                             www.national.com
LM2596  LM2596 Series Buck Regulator Design Procedure (Continued)

                                         Nichicon Corp.  Phone         (708) 843-7500
                                         Panasonic       FAX           (708) 843-2798
                                         AVX Corp.       Phone         (714) 373-7857
                                         Sprague/Vishay  FAX           (714) 373-7102
                                                         Phone         (803) 448-9411
                                                         FAX           (803) 448-1943
                                                         Phone         (207) 324-4140
                                                         FAX           (207) 324-7223

                                         FIGURE 10. Capacitor Manufacturers Phone Numbers

        VR                               3A Diodes                                     4A6A Diodes

                          Surface Mount             Through Hole       Surface Mount                   Through Hole

             Schottky Ultra Fast Schottky Ultra Fast                   Schottky Ultra Fast Schottky Ultra Fast

                          Recovery                       Recovery                     Recovery           Recovery

        20V               All of         1N5820          All of                       All of    SR502    All of

                SK32       these         SR302            these                       these     1N5823   these
                          diodes         MBR320          diodes                       diodes    SB520    diodes
        30V 30WQ03                       1N5821
                SK33         are         MBR330             are                         are                are
                          rated to       31DQ03          rated to
                          at least       1N5822          at least      50WQ03         rated to  SR503    rated to
                                                                                      at least  1N5824   at least
                            50V.                           50V.                                 SB530
                                                                                        50V.               50V.

        40V SK34                         SR304                         50WQ04                   SR504

             MBRS340                     MBR340                                                 1N5825

             30WQ04       MURS320 31DQ04                 MUR320                       MURS620 SB540      MUR620

        50V SK35          30WF10 SR305                                                50WF10             HER601

        or MBRS360                       MBR350                        50WQ05                   SB550

        More 30WQ05                      31DQ05                                                 50SQ080

                                                    FIGURE 11. Diode Selection Table

        www.national.com                                           18
Block Diagram                                                                                                                            LM2596

                                                                      01258321

               FIGURE 12.

Application Information                                               relatively high RMS currents flowing in a buck regulator's
                                                                      input capacitor, this capacitor should be chosen for its RMS
PIN FUNCTIONS                                                         current rating rather than its capacitance or voltage ratings,
                                                                      although the capacitance value and voltage rating are di-
+VIN -- This is the positive input supply for the IC switching        rectly related to the RMS current rating.
regulator. A suitable input bypass capacitor must be present
at this pin to minimize voltage transients and to supply the          The RMS current rating of a capacitor could be viewed as a
switching currents needed by the regulator.                           capacitor's power rating. The RMS current flowing through
                                                                      the capacitors internal ESR produces power which causes
Ground -- Circuit ground.                                             the internal temperature of the capacitor to rise. The RMS
                                                                      current rating of a capacitor is determined by the amount of
Output -- Internal switch. The voltage at this pin switches           current required to raise the internal temperature approxi-
between (+VIN - VSAT) and approximately -0.5V, with a duty            mately 10C above an ambient temperature of 105C. The
cycle of approximately VOUT/VIN. To minimize coupling to              ability of the capacitor to dissipate this heat to the surround-
sensitive circuitry, the PC board copper area connected to            ing air will determine the amount of current the capacitor can
this pin should be kept to a minimum.                                 safely sustain. Capacitors that are physically large and have
                                                                      a large surface area will typically have higher RMS current
Feedback -- Senses the regulated output voltage to com-               ratings. For a given capacitor value, a higher voltage elec-
plete the feedback loop.                                              trolytic capacitor will be physically larger than a lower voltage
                                                                      capacitor, and thus be able to dissipate more heat to the
ON /OFF -- Allows the switching regulator circuit to be shut          surrounding air, and therefore will have a higher RMS cur-
down using logic level signals thus dropping the total input          rent rating.
supply current to approximately 80 A. Pulling this pin below
a threshold voltage of approximately 1.3V turns the regulator         The consequences of operating an electrolytic capacitor
on, and pulling this pin above 1.3V (up to a maximum of 25V)          above the RMS current rating is a shortened operating life.
shuts the regulator down. If this shutdown feature is not             The higher temperature speeds up the evaporation of the
needed, the ON /OFF pin can be wired to the ground pin or             capacitor's electrolyte, resulting in eventual failure.
it can be left open, in either case the regulator will be in the
ON condition.                                                         Selecting an input capacitor requires consulting the manu-
                                                                      facturers data sheet for maximum allowable RMS ripple
EXTERNAL COMPONENTS                                                   current. For a maximum ambient temperature of 40C, a
                                                                      general guideline would be to select a capacitor with a ripple
INPUT CAPACITOR                                                       current rating of approximately 50% of the DC load current.
                                                                      For ambient temperatures up to 70C, a current rating of
CIN -- A low ESR aluminum or tantalum bypass capacitor is             75% of the DC load current would be a good choice for a
needed between the input pin and ground pin. It must be               conservative design. The capacitor voltage rating must be at
located near the regulator using short leads. This capacitor          least 1.25 times greater than the maximum input voltage,
prevents large voltage transients from appearing at the in-           and often a much higher voltage capacitor is needed to
put, and provides the instantaneous current needed each               satisfy the RMS current requirements.
time the switch turns on.

The important parameters for the Input capacitor are the
voltage rating and the RMS current rating. Because of the

                                                                  19  www.national.com
LM2596  Application Information (Continued)                                                                                      RMS ripple current rating, voltage rating, and capacitance
                                                                                                                                 value. For the output capacitor, the ESR value is the most
        A graph shown in Figure 13 shows the relationship between                                                                important parameter.
        an electrolytic capacitor value, its voltage rating, and the
        RMS current it is rated for. These curves were obtained from                                                             The output capacitor requires an ESR value that has an
        the Nichicon "PL" series of low ESR, high reliability electro-                                                           upper and lower limit. For low output ripple voltage, a low
        lytic capacitors designed for switching regulator applications.                                                          ESR value is needed. This value is determined by the maxi-
        Other capacitor manufacturers offer similar types of capaci-                                                             mum allowable output ripple voltage, typically 1% to 2% of
        tors, but always check the capacitor data sheet.                                                                         the output voltage. But if the selected capacitor's ESR is
                                                                                                                                 extremely low, there is a possibility of an unstable feedback
        "Standard" electrolytic capacitors typically have much higher                                                            loop, resulting in an oscillation at the output. Using the
        ESR numbers, lower RMS current ratings and typically have                                                                capacitors listed in the tables, or similar types, will provide
        a shorter operating lifetime.                                                                                            design solutions under all conditions.

        Because of their small size and excellent performance, sur-                                                              If very low output ripple voltage (less than 15 mV) is re-
        face mount solid tantalum capacitors are often used for input                                                            quired, refer to the section on Output Voltage Ripple and
        bypassing, but several precautions must be observed. A                                                                   Transients for a post ripple filter.
        small percentage of solid tantalum capacitors can short if the
        inrush current rating is exceeded. This can happen at turn on                                                            An aluminum electrolytic capacitor's ESR value is related to
        when the input voltage is suddenly applied, and of course,                                                               the capacitance value and its voltage rating. In most cases,
        higher input voltages produce higher inrush currents. Sev-                                                               higher voltage electrolytic capacitors have lower ESR values
        eral capacitor manufacturers do a 100% surge current test-                                                               (see Figure 14 ). Often, capacitors with much higher voltage
        ing on their products to minimize this potential problem. If                                                             ratings may be needed to provide the low ESR values re-
        high turn on currents are expected, it may be necessary to                                                               quired for low output ripple voltage.
        limit this current by adding either some resistance or induc-
        tance before the tantalum capacitor, or select a higher volt-                                                            The output capacitor for many different switcher designs
        age capacitor. As with aluminum electrolytic capacitors, the                                                             often can be satisfied with only three or four different capaci-
        RMS ripple current rating must be sized to the load current.                                                             tor values and several different voltage ratings. See the
                                                                                                                                 quick design component selection tables in Figure 2 and 4
        FEEDFORWARD CAPACITOR                                                                                                    for typical capacitor values, voltage ratings, and manufactur-
        (Adjustable Output Voltage Version)                                                                                      ers capacitor types.

        CFF -- A Feedforward Capacitor CFF, shown across R2 in                                                                   Electrolytic capacitors are not recommended for tempera-
        Figure 1 is used when the ouput voltage is greater than 10V                                                              tures below -25C. The ESR rises dramatically at cold tem-
        or when COUT has a very low ESR. This capacitor adds lead                                                                peratures and typically rises 3X @ -25C and as much as
        compensation to the feedback loop and increases the phase                                                                10X at -40C. See curve shown in Figure 15.
        margin for better loop stability. For CFF selection, see the
        design procedure section.                                                                                                Solid tantalum capacitors have a much better ESR spec for
                                                                                                                                 cold temperatures and are recommended for temperatures
                                                                                                                                 below -25C.

                                                                                                                   01258328                                                                                                               01258329

              FIGURE 13. RMS Current Ratings for Low ESR                                                                         FIGURE 14. Capacitor ESR vs Capacitor Voltage Rating
                         Electrolytic Capacitors (Typical)                                                                                 (Typical Low ESR Electrolytic Capacitor)

        OUTPUT CAPACITOR                                                                                                         CATCH DIODE
        COUT -- An output capacitor is required to filter the output                                                             Buck regulators require a diode to provide a return path for
        and provide regulator loop stability. Low impedance or low                                                               the inductor current when the switch turns off. This must be
        ESR Electrolytic or solid tantalum capacitors designed for                                                               a fast diode and must be located close to the LM2596 using
        switching regulator applications must be used. When select-                                                              short leads and short printed circuit traces.
        ing an output capacitor, the important capacitor parameters                                                              Because of their very fast switching speed and low forward
        are; the 100 kHz Equivalent Series Resistance (ESR), the                                                                 voltage drop, Schottky diodes provide the best performance,
                                                                                                                                 especially in low output voltage applications (5V and lower).
                                                                                                                                 Ultra-fast recovery, or High-Efficiency rectifiers are also a

        www.national.com                                                                                                     20
Application Information (Continued)                                                                                                                                                                                                                     LM2596

good choice, but some types with an abrupt turnoff charac-
teristic may cause instability or EMI problems. Ultra-fast
recovery diodes typically have reverse recovery times of 50
ns or less. Rectifiers such as the 1N5400 series are much
too slow and should not be used.

                                                                                                           01258330                                                                                                                           01258331

   FIGURE 15. Capacitor ESR Change vs Temperature                                                                                  FIGURE 16. (IIND) Peak-to-Peak Inductor
                                                                                                                          Ripple Current (as a Percentage of the Load Current)
INDUCTOR SELECTION
                                                                                                                                                     vs Load Current
All switching regulators have two basic modes of operation;
continuous and discontinuous. The difference between the                                                                 By allowing the percentage of inductor ripple current to
two types relates to the inductor current, whether it is flowing                                                         increase for low load currents, the inductor value and size
continuously, or if it drops to zero for a period of time in the                                                         can be kept relatively low.
normal switching cycle. Each mode has distinctively different
operating characteristics, which can affect the regulators                                                               When operating in the continuous mode, the inductor current
performance and requirements. Most switcher designs will                                                                 waveform ranges from a triangular to a sawtooth type of
operate in the discontinuous mode when the load current is                                                               waveform (depending on the input voltage), with the average
low.                                                                                                                     value of this current waveform equal to the DC output load
                                                                                                                         current.
The LM2596 (or any of the Simple Switcher family) can be
used for both continuous or discontinuous modes of opera-                                                                Inductors are available in different styles such as pot core,
tion.                                                                                                                    toroid, E-core, bobbin core, etc., as well as different core
                                                                                                                         materials, such as ferrites and powdered iron. The least
In many cases the preferred mode of operation is the con-                                                                expensive, the bobbin, rod or stick core, consists of wire
tinuous mode. It offers greater output power, lower peak                                                                 wound on a ferrite bobbin. This type of construction makes
switch, inductor and diode currents, and can have lower                                                                  for an inexpensive inductor, but since the magnetic flux is not
output ripple voltage. But it does require larger inductor                                                               completely contained within the core, it generates more
values to keep the inductor current flowing continuously,                                                                Electro-Magnetic Interference (EMl). This magnetic flux can
especially at low output load currents and/or high input volt-                                                           induce voltages into nearby printed circuit traces, thus caus-
ages.                                                                                                                    ing problems with both the switching regulator operation and
                                                                                                                         nearby sensitive circuitry, and can give incorrect scope read-
To simplify the inductor selection process, an inductor selec-                                                           ings because of induced voltages in the scope probe. Also
tion guide (nomograph) was designed (see Figure 4 through                                                                see section on Open Core Inductors.
8). This guide assumes that the regulator is operating in the
continuous mode, and selects an inductor that will allow a                                                               When multiple switching regulators are located on the same
peak-to-peak inductor ripple current to be a certain percent-                                                            PC board, open core magnetics can cause interference
age of the maximum design load current. This peak-to-peak                                                                between two or more of the regulator circuits, especially at
inductor ripple current percentage is not fixed, but is allowed                                                          high currents. A torroid or E-core inductor (closed magnetic
to change as different design load currents are selected.                                                                structure) should be used in these situations.
(See Figure 16.)
                                                                                                                         The inductors listed in the selection chart include ferrite
                                                                                                                         E-core construction for Schott, ferrite bobbin core for Renco
                                                                                                                         and Coilcraft, and powdered iron toroid for Pulse Engineer-
                                                                                                                         ing.

                                                                                                                         Exceeding an inductor's maximum current rating may cause
                                                                                                                         the inductor to overheat because of the copper wire losses,
                                                                                                                         or the core may saturate. If the inductor begins to saturate,
                                                                                                                         the inductance decreases rapidly and the inductor begins to
                                                                                                                         look mainly resistive (the DC resistance of the winding). This
                                                                                                                         can cause the switch current to rise very rapidly and force
                                                                                                                         the switch into a cycle-by-cycle current limit, thus reducing
                                                                                                                         the DC output load current. This can also result in overheat-
                                                                                                                         ing of the inductor and/or the LM2596. Different inductor
                                                                                                                         types have different saturation characteristics, and this
                                                                                                                         should be kept in mind when selecting an inductor.

                                                                                                                         The inductor manufacturer's data sheets include current and
                                                                                                                         energy limits to avoid inductor saturation.

                                                                                                                     21  www.national.com
LM2596  Application Information (Continued)                                                                                 voltage, the ESR of the output capacitor must be low, how-
                                                                                                                            ever, caution must be exercised when using extremely low
        DISCONTINUOUS MODE OPERATION                                                                                        ESR capacitors because they can affect the loop stability,
                                                                                                                            resulting in oscillation problems. If very low output ripple
        The selection guide chooses inductor values suitable for                                                            voltage is needed (less than 20 mV), a post ripple filter is
        continuous mode operation, but for low current applications                                                         recommended. (See Figure 1.) The inductance required is
        and/or high input voltages, a discontinuous mode design                                                             typically between 1 H and 5 H, with low DC resistance, to
        may be a better choice. It would use an inductor that would                                                         maintain good load regulation. A low ESR output filter ca-
        be physically smaller, and would need only one half to one                                                          pacitor is also required to assure good dynamic load re-
        third the inductance value needed for a continuous mode                                                             sponse and ripple reduction. The ESR of this capacitor may
        design. The peak switch and inductor currents will be higher                                                        be as low as desired, because it is out of the regulator
        in a discontinuous design, but at these low load currents (1A                                                       feedback loop. The photo shown in Figure 17 shows a
        and below), the maximum switch current will still be less than                                                      typical output ripple voltage, with and without a post ripple
        the switch current limit.                                                                                           filter.

        Discontinuous operation can have voltage waveforms that                                                             When observing output ripple with a scope, it is essential
        are considerable different than a continuous design. The                                                            that a short, low inductance scope probe ground connection
        output pin (switch) waveform can have some damped sinu-                                                             be used. Most scope probe manufacturers provide a special
        soidal ringing present. (See Typical Performance Character-                                                         probe terminator which is soldered onto the regulator board,
        istics photo titled Discontinuous Mode Switching Wave-                                                              preferable at the output capacitor. This provides a very short
        forms) This ringing is normal for discontinuous operation,                                                          scope ground thus eliminating the problems associated with
        and is not caused by feedback loop instabilities. In discon-                                                        the 3 inch ground lead normally provided with the probe, and
        tinuous operation, there is a period of time where neither the                                                      provides a much cleaner and more accurate picture of the
        switch or the diode are conducting, and the inductor current                                                        ripple voltage waveform.
        has dropped to zero. During this time, a small amount of
        energy can circulate between the inductor and the switch/                                                           The voltage spikes are caused by the fast switching action of
        diode parasitic capacitance causing this characteristic ring-                                                       the output switch and the diode, and the parasitic inductance
        ing. Normally this ringing is not a problem, unless the ampli-                                                      of the output filter capacitor, and its associated wiring. To
        tude becomes great enough to exceed the input voltage, and                                                          minimize these voltage spikes, the output capacitor should
        even then, there is very little energy present to cause dam-                                                        be designed for switching regulator applications, and the
        age.                                                                                                                lead lengths must be kept very short. Wiring inductance,
                                                                                                                            stray capacitance, as well as the scope probe used to evalu-
        Different inductor types and/or core materials produce differ-                                                      ate these transients, all contribute to the amplitude of these
        ent amounts of this characteristic ringing. Ferrite core induc-                                                     spikes.
        tors have very little core loss and therefore produce the most
        ringing. The higher core loss of powdered iron inductors                                                            When a switching regulator is operating in the continuous
        produce less ringing. If desired, a series RC could be placed                                                       mode, the inductor current waveform ranges from a triangu-
        in parallel with the inductor to dampen the ringing. The                                                            lar to a sawtooth type of waveform (depending on the input
        computer aided design software Switchers Made Simple                                                                voltage). For a given input and output voltage, the
        (version 4.3) will provide all component values for continu-                                                        peak-to-peak amplitude of this inductor current waveform
        ous and discontinuous modes of operation.                                                                           remains constant. As the load current increases or de-
                                                                                                                            creases, the entire sawtooth current waveform also rises
                                                                                                                            and falls. The average value (or the center) of this current
                                                                                                                            waveform is equal to the DC load current.

                                                                                                                            If the load current drops to a low enough level, the bottom of
                                                                                                                            the sawtooth current waveform will reach zero, and the
                                                                                                                            switcher will smoothly change from a continuous to a discon-
                                                                                                                            tinuous mode of operation. Most switcher designs (irregard-
                                                                                                                            less how large the inductor value is) will be forced to run
                                                                                                                            discontinuous if the output is lightly loaded. This is a per-
                                                                                                                            fectly acceptable mode of operation.

                                                                                                              01258332

        FIGURE 17. Post Ripple Filter Waveform

        OUTPUT VOLTAGE RIPPLE AND TRANSIENTS

        The output voltage of a switching power supply operating in
        the continuous mode will contain a sawtooth ripple voltage at
        the switcher frequency, and may also contain short voltage
        spikes at the peaks of the sawtooth waveform.

        The output ripple voltage is a function of the inductor saw-
        tooth ripple current and the ESR of the output capacitor. A
        typical output ripple voltage can range from approximately
        0.5% to 3% of the output voltage. To obtain low ripple

        www.national.com                                                                                                22
Application Information (Continued)                                                                                                1. Peak Inductor or peak switch current                          LM2596

                                                                                                                                   2. Minimum load current before the circuit becomes dis-
                                                                                                                                        continuous

                                                                                                                     01258333      3. Output Ripple Voltage = (IIND)x(ESR of COUT)
                                                                                                                                        = 0.62Ax0.1=62 mV p-p
               FIGURE 18. Peak-to-Peak Inductor
                 Ripple Current vs Load Current                                                                                    4.

In a switching regulator design, knowing the value of the                                                                          OPEN CORE INDUCTORS
peak-to-peak inductor ripple current (IIND) can be useful for                                                                      Another possible source of increased output ripple voltage or
determining a number of other circuit parameters. Param-                                                                           unstable operation is from an open core inductor. Ferrite
eters such as, peak inductor or peak switch current, mini-                                                                         bobbin or stick inductors have magnetic lines of flux flowing
mum load current before the circuit becomes discontinuous,                                                                         through the air from one end of the bobbin to the other end.
output ripple voltage and output capacitor ESR can all be                                                                          These magnetic lines of flux will induce a voltage into any
calculated from the peak-to-peak IIND. When the inductor                                                                           wire or PC board copper trace that comes within the induc-
nomographs shown in Figure 4 through 8 are used to select                                                                          tor's magnetic field. The strength of the magnetic field, the
an inductor value, the peak-to-peak inductor ripple current                                                                        orientation and location of the PC copper trace to the mag-
can immediately be determined. The curve shown in Figure                                                                           netic field, and the distance between the copper trace and
18 shows the range of (IIND) that can be expected for                                                                              the inductor, determine the amount of voltage generated in
different load currents. The curve also shows how the                                                                              the copper trace. Another way of looking at this inductive
peak-to-peak inductor ripple current (IIND) changes as you                                                                         coupling is to consider the PC board copper trace as one
go from the lower border to the upper border (for a given load                                                                     turn of a transformer (secondary) with the inductor winding
current) within an inductance region. The upper border rep-                                                                        as the primary. Many millivolts can be generated in a copper
resents a higher input voltage, while the lower border repre-                                                                      trace located near an open core inductor which can cause
sents a lower input voltage (see Inductor Selection Guides).                                                                       stability problems or high output ripple voltage problems.
                                                                                                                                   If unstable operation is seen, and an open core inductor is
These curves are only correct for continuous mode opera-                                                                           used, it's possible that the location of the inductor with
tion, and only if the inductor selection guides are used to                                                                        respect to other PC traces may be the problem. To deter-
select the inductor value                                                                                                          mine if this is the problem, temporarily raise the inductor
                                                                                                                                   away from the board by several inches and then check
Consider the following example:                                                                                                    circuit operation. If the circuit now operates correctly, then
                                                                                                                                   the magnetic flux from the open core inductor is causing the
   VOUT = 5V, maximum load current of 2.5A                                                                                         problem. Substituting a closed core inductor such as a tor-
   VIN = 12V, nominal, varying between 10V and 16V.                                                                                roid or E-core will correct the problem, or re-arranging the
The selection guide in Figure 5 shows that the vertical line                                                                       PC layout may be necessary. Magnetic flux cutting the IC
for a 2.5A load current, and the horizontal line for the 12V                                                                       device ground trace, feedback trace, or the positive or nega-
input voltage intersect approximately midway between the                                                                           tive traces of the output capacitor should be minimized.
upper and lower borders of the 33 H inductance region.                                                                            Sometimes, locating a trace directly beneath a bobbin in-
A 33 H inductor will allow a peak-to-peak inductor current                                                                        ductor will provide good results, provided it is exactly in the
(IIND) to flow that will be a percentage of the maximum load                                                                       center of the inductor (because the induced voltages cancel
current. Referring to Figure 18, follow the 2.5A line approxi-                                                                     themselves out), but if it is off center one direction or the
mately midway into the inductance region, and read the                                                                             other, then problems could arise. If flux problems are
peak-to-peak inductor ripple current (IIND) on the left hand                                                                       present, even the direction of the inductor winding can make
axis (approximately 620 mA p-p).                                                                                                   a difference in some circuits.
                                                                                                                                   This discussion on open core inductors is not to frighten the
As the input voltage increases to 16V, it approaches the                                                                           user, but to alert the user on what kind of problems to watch
upper border of the inductance region, and the inductor                                                                            out for when using them. Open core bobbin or "stick" induc-
ripple current increases. Referring to the curve in Figure 18,                                                                     tors are an inexpensive, simple way of making a compact
it can be seen that for a load current of 2.5A, the                                                                                efficient inductor, and they are used by the millions in many
peak-to-peak inductor ripple current (IIND) is 620 mA with                                                                         different applications.
12V in, and can range from 740 mA at the upper border (16V
in) to 500 mA at the lower border (10V in).

Once the IIND value is known, the following formulas can be
used to calculate additional information about the switching
regulator circuit.

                                                                                                                               23                                           www.national.com
LM2596  Application Information (Continued)                                  material and the DC resistance, it could either act as a heat
                                                                             sink taking heat away from the board, or it could add heat to
        THERMAL CONSIDERATIONS                                               the board.

        The LM2596 is available in two packages, a 5-pin TO-220                                                    01258334
        (T) and a 5-pin surface mount TO-263 (S).
                                                                                    Circuit Data for Temperature Rise Curve
        The TO-220 package needs a heat sink under most condi-
        tions. The size of the heatsink depends on the input voltage,               TO-220 Package (T)
        the output voltage, the load current and the ambient tem-
        perature. The curves in Figure 19 show the LM2596T junc-             Capacitors Through hole electrolytic
        tion temperature rises above ambient temperature for a 3A
        load and different input and output voltages. The data for           Inductor Through hole, Renco
        these curves was taken with the LM2596T (TO-220 pack-
        age) operating as a buck switching regulator in an ambient           Diode  Through hole, 5A 40V, Schottky
        temperature of 25C (still air). These temperature rise num-
        bers are all approximate and there are many factors that can         PC board 3 square inches single sided 2 oz. copper
        affect these temperatures. Higher ambient temperatures re-
        quire more heat sinking.                                                    (0.0028")

        The TO-263 surface mount package tab is designed to be               FIGURE 19. Junction Temperature Rise, TO-220
        soldered to the copper on a printed circuit board. The copper
        and the board are the heat sink for this package and the                                                   01258335
        other heat producing components, such as the catch diode
        and inductor. The PC board copper area that the package is                  Circuit Data for Temperature Rise Curve
        soldered to should be at least 0.4 in2, and ideally should
        have 2 or more square inches of 2 oz. (0.0028) in) copper.                  TO-263 Package (S)
        Additional copper area improves the thermal characteristics,
        but with copper areas greater than approximately 6 in2, only         Capacitors Surface mount tantalum, molded "D" size
        small improvements in heat dissipation are realized. If fur-
        ther thermal improvements are needed, double sided, mul-             Inductor Surface mount, Pulse Engineering, 68 H
        tilayer PC board with large copper areas and/or airflow are
        recommended.                                                         Diode  Surface mount, 5A 40V, Schottky

        The curves shown in Figure 20 show the LM2596S (TO-263               PC board 9 square inches single sided 2 oz. copper
        package) junction temperature rise above ambient tempera-
        ture with a 2A load for various input and output voltages. This             (0.0028")
        data was taken with the circuit operating as a buck switching
        regulator with all components mounted on a PC board to               FIGURE 20. Junction Temperature Rise, TO-263
        simulate the junction temperature under actual operating
        conditions. This curve can be used for a quick check for the
        approximate junction temperature for various conditions, but
        be aware that there are many factors that can affect the
        junction temperature. When load currents higher than 2A are
        used, double sided or multilayer PC boards with large cop-
        per areas and/or airflow might be needed, especially for high
        ambient temperatures and high output voltages.

        For the best thermal performance, wide copper traces and
        generous amounts of printed circuit board copper should be
        used in the board layout. (One exception to this is the output
        (switch) pin, which should not have large areas of copper.)
        Large areas of copper provide the best transfer of heat
        (lower thermal resistance) to the surrounding air, and moving
        air lowers the thermal resistance even further.

        Package thermal resistance and junction temperature rise
        numbers are all approximate, and there are many factors
        that will affect these numbers. Some of these factors include
        board size, shape, thickness, position, location, and even
        board temperature. Other factors are, trace width, total
        printed circuit copper area, copper thickness, single- or
        double-sided, multilayer board and the amount of solder on
        the board. The effectiveness of the PC board to dissipate
        heat also depends on the size, quantity and spacing of other
        components on the board, as well as whether the surround-
        ing air is still or moving. Furthermore, some of these com-
        ponents such as the catch diode will add heat to the PC
        board and the heat can vary as the input voltage changes.
        For the inductor, depending on the physical size, type of core

        www.national.com                                                 24
Application Information (Continued)                                                                                           tures a constant threshold voltage for turn on and turn off                                                                      LM2596
                                                                                                                              (zener voltage plus approximately one volt). If hysteresis is
                                                                                                       01258336               needed, the circuit in Figure 24 has a turn ON voltage which
                                                                                                                              is different than the turn OFF voltage. The amount of hyster-
                   FIGURE 21. Delayed Startup                                                                                 esis is approximately equal to the value of the output volt-
                                                                                                                              age. If zener voltages greater than 25V are used, an addi-
                                                                                                                              tional 47 k resistor is needed from the ON /OFF pin to the
                                                                                                                              ground pin to stay within the 25V maximum limit of the ON
                                                                                                                              /OFF pin.

                                                                                                                              INVERTING REGULATOR

                                                                                                                              The circuit in Figure 25 converts a positive input voltage to a
                                                                                                                              negative output voltage with a common ground. The circuit
                                                                                                                              operates by bootstrapping the regulator's ground pin to the
                                                                                                                              negative output voltage, then grounding the feedback pin,
                                                                                                                              the regulator senses the inverted output voltage and regu-
                                                                                                                              lates it.

                                                                                                                01258337                                                                                                                             01258338

               FIGURE 22. Undervoltage Lockout                                                                                This circuit has an ON/OFF threshold of approximately 13V.
                          for Buck Regulator
                                                                                                                                             FIGURE 23. Undervoltage Lockout
DELAYED STARTUP                                                                                                                                      for Inverting Regulator
The circuit in Figure 21 uses the the ON /OFF pin to provide
a time delay between the time the input voltage is applied                                                                    This example uses the LM2596-5.0 to generate a -5V out-
and the time the output voltage comes up (only the circuitry                                                                  put, but other output voltages are possible by selecting other
pertaining to the delayed start up is shown). As the input                                                                    output voltage versions, including the adjustable version.
voltage rises, the charging of capacitor C1 pulls the ON /OFF                                                                 Since this regulator topology can produce an output voltage
pin high, keeping the regulator off. Once the input voltage                                                                   that is either greater than or less than the input voltage, the
reaches its final value and the capacitor stops charging, and                                                                 maximum output current greatly depends on both the input
resistor R2 pulls the ON /OFF pin low, thus allowing the                                                                      and output voltage. The curve shown in Figure 26 provides a
circuit to start switching. Resistor R1 is included to limit the                                                              guide as to the amount of output load current possible for the
maximum voltage applied to the ON /OFF pin (maximum of                                                                        different input and output voltage conditions.
25V), reduces power supply noise sensitivity, and also limits
the capacitor, C1, discharge current. When high input ripple                                                                  The maximum voltage appearing across the regulator is the
voltage exists, avoid long delay time, because this ripple can                                                                absolute sum of the input and output voltage, and this must
be coupled into the ON /OFF pin and cause problems.                                                                           be limited to a maximum of 40V. For example, when convert-
This delayed startup feature is useful in situations where the                                                                ing +20V to -12V, the regulator would see 32V between the
input power source is limited in the amount of current it can                                                                 input pin and ground pin. The LM2596 has a maximum input
deliver. It allows the input voltage to rise to a higher voltage                                                              voltage spec of 40V.
before the regulator starts operating. Buck regulators require
less input current at higher input voltages.                                                                                  Additional diodes are required in this regulator configuration.
                                                                                                                              Diode D1 is used to isolate input voltage ripple or noise from
UNDERVOLTAGE LOCKOUT                                                                                                          coupling through the CIN capacitor to the output, under light
Some applications require the regulator to remain off until                                                                   or no load conditions. Also, this diode isolation changes the
the input voltage reaches a predetermined voltage. An und-                                                                    topology to closley resemble a buck configuration thus pro-
ervoltage lockout feature applied to a buck regulator is                                                                      viding good closed loop stability. A Schottky diode is recom-
shown in Figure 22, while Figure 23 and 24 applies the same                                                                   mended for low input voltages, (because of its lower voltage
feature to an inverting circuit. The circuit in Figure 23 fea-                                                                drop) but for higher input voltages, a fast recovery diode
                                                                                                                              could be used.

                                                                                                                              Without diode D3, when the input voltage is first applied, the
                                                                                                                              charging current of CIN can pull the output positive by sev-
                                                                                                                              eral volts for a short period of time. Adding D3 prevents the
                                                                                                                              output from going positive by more than a diode voltage.

                                                                                                                          25  www.national.com
LM2596  Application Information (Continued)

                                                                                                                               01258339

        This circuit has hysteresis
           Regulator starts switching at VIN = 13V
           Regulator stops switching at VIN = 8V

                          FIGURE 24. Undervoltage Lockout with Hysteresis for Inverting Regulator

                                                                                                                                         01258340

        CIN -- 68 F/25V Tant. Sprague 595D
           470 F/50V Elec. Panasonic HFQ

        COUT -- 47 F/20V Tant. Sprague 595D
           220 F/25V Elec. Panasonic HFQ

                                                    FIGURE 25. Inverting -5V Regulator with Delayed Startup

                                                                                                                 01258341      be narrowed down to just a few values. Using the values
                                                                                                                               shown in Figure 25 will provide good results in the majority of
         FIGURE 26. Inverting Regulator Typical Load Current                                                                   inverting designs.

        Because of differences in the operation of the inverting                                                               This type of inverting regulator can require relatively large
        regulator, the standard design procedure is not used to                                                                amounts of input current when starting up, even with light
        select the inductor value. In the majority of designs, a 33 H,                                                        loads. Input currents as high as the LM2596 current limit
        3.5A inductor is the best choice. Capacitor selection can also                                                         (approx 4.5A) are needed for at least 2 ms or more, until the
                                                                                                                               output reaches its nominal output voltage. The actual time
                                                                                                                               depends on the output voltage and the size of the output
                                                                                                                               capacitor. Input power sources that are current limited or
                                                                                                                               sources that can not deliver these currents without getting
                                                                                                                               loaded down, may not work correctly. Because of the rela-
                                                                                                                               tively high startup currents required by the inverting topology,
                                                                                                                               the delayed startup feature (C1, R1 and R2) shown in Figure
                                                                                                                               25 is recommended. By delaying the regulator startup, the
                                                                                                                               input capacitor is allowed to charge up to a higher voltage
                                                                                                                               before the switcher begins operating. A portion of the high
                                                                                                                               input current needed for startup is now supplied by the input
                                                                                                                               capacitor (CIN). For severe start up conditions, the input
                                                                                                                               capacitor can be made much larger than normal.

        www.national.com                                                                                                   26
Application Information (Continued)                              OFF. With the inverting configuration, some level shifting is                                                                                        LM2596
                                                                 required, because the ground pin of the regulator is no
INVERTING REGULATOR SHUTDOWN METHODS                             longer at ground, but is now setting at the negative output
To use the ON /OFF pin in a standard buck configuration is       voltage level. Two different shutdown methods for inverting
simple, pull it below 1.3V (@25C, referenced to ground) to      regulators are shown in Figure 27 and 28.
turn regulator ON, pull it above 1.3V to shut the regulator

                                                                                                                                                     01258342

FIGURE 27. Inverting Regulator Ground Referenced Shutdown

                                                                                                                                                                                          01258343

FIGURE 28. Inverting Regulator Ground Referenced Shutdown using Opto Device

                                                             27                                                                                                                                     www.national.com
LM2596  Application Information (Continued)

        TYPICAL THROUGH HOLE PC BOARD LAYOUT, FIXED OUTPUT (1X SIZE), DOUBLE SIDED

                                                                                    01258344

        CIN -- 470 F, 50V, Aluminum Electrolytic Panasonic, "HFQ Series"
        COUT -- 330 F, 35V, Aluminum Electrolytic Panasonic, "HFQ Series"
        D1 -- 5A, 40V Schottky Rectifier, 1N5825
        L1 -- 47 H, L39, Renco, Through Hole
        Thermalloy Heat Sink #7020

        www.national.com                                                    28
Application Information (Continued)                                                                                     LM2596

TYPICAL THROUGH HOLE PC BOARD LAYOUT, ADJUSTABLE OUTPUT (1X SIZE), DOUBLE SIDED

                                                                                            01258345

CIN -- 470 F, 50V, Aluminum Electrolytic Panasonic, "HFQ Series"
COUT -- 220 F, 35V Aluminum Electrolytic Panasonic, "HFQ Series"
D1 -- 5A, 40V Schottky Rectifier, 1N5825
L1 -- 47 H, L39, Renco, Through Hole
R1 -- 1 k, 1%
R2 -- Use formula in Design Procedure
CFF -- See Figure 3.
Thermalloy Heat Sink #7020

                                                                FIGURE 29. PC Board Layout

29                                                                                                    www.national.com
LM2596  Physical Dimensions inches (millimeters)

        unless otherwise noted

                                                                                5-Lead TO-220 (T)
                                                               Order Number LM2596T-3.3, LM2596T-5.0,

                                                                        LM2596T-12 or LM2596T-ADJ
                                                                          NS Package Number T05D

        www.national.com  30
Physical Dimensions inches (millimeters) unless otherwise noted (Continued)                                                                                                                                                     LM2596 SIMPLE SWITCHER Power Converter 150 kHz 3A Step-Down Voltage Regulator

                                  5-Lead TO-263 Surface Mount Package (S)
                                  Order Number LM2596S-3.3, LM2596S-5.0,

                                           LM2596S-12 or LM2596S-ADJ
                                             NS Package Number TS5B

LIFE SUPPORT POLICY

NATIONAL'S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORT
DEVICES OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF THE PRESIDENT AND GENERAL
COUNSEL OF NATIONAL SEMICONDUCTOR CORPORATION. As used herein:

1. Life support devices or systems are devices or                         2. A critical component is any component of a life
    systems which, (a) are intended for surgical implant                      support device or system whose failure to perform
    into the body, or (b) support or sustain life, and                        can be reasonably expected to cause the failure of
    whose failure to perform when properly used in                            the life support device or system, or to affect its
    accordance with instructions for use provided in the                      safety or effectiveness.
    labeling, can be reasonably expected to result in a
    significant injury to the user.

          National Semiconductor  National Semiconductor                  National Semiconductor     National Semiconductor
          Corporation             Europe                                  Asia Pacific Customer      Japan Ltd.
          Americas                                                        Response Group             Tel: 81-3-5639-7560
          Email: support@nsc.com             Fax: +49 (0) 180-530 85 86   Tel: 65-2544466            Fax: 81-3-5639-7507
                                           Email: europe.support@nsc.com  Fax: 65-2504466
www.national.com                  Deutsch Tel: +49 (0) 69 9508 6208       Email: ap.support@nsc.com
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