MIC5235-5.0YM5-TR

El MIC5235-5.0YM5-TR de Microchip Technology es un regulador lineal LDO de salida fija de 5,0 V y corriente de reposo ultrabaja diseñado para aplicaciones alimentadas por batería y USB que requieren un amplio rango de tensión de entrada y una corriente de tierra mínima.

La característica que define al MIC5235 es la combinación de una corriente de tierra ultrabaja (18 uA con carga ligera) y un amplio rango de tensión de entrada (hasta 24 V). Esto lo hace especialmente adecuado para aplicaciones en las que debe mantenerse un carril de 5 V desde una fuente de batería de alto voltaje, variable o de descarga lenta. Los casos de uso típicos incluyen paquetes de baterías Li-Ion de 3 celdas (9-12,6 V), baterías de automoción de 12 V, suministros industriales de 24 V y alimentación de bus USB.

La corriente de tierra de 18 uA a carga ligera es una de las más bajas del sector para un LDO de 24 V. En aplicaciones alimentadas por batería que pasan la mayor parte del tiempo en modo de espera, la corriente de tierra del regulador domina el consumo de la batería. Un LDO típico con una corriente de tierra de 500 uA agotaría una batería de 1000 mAh en unos 83 días (sólo en espera), mientras que el MIC5235 con 18 uA tardaría más de 2300 días. Esta mejora de 28 veces en la duración de la batería en espera es la principal propuesta de valor.

La tensión de entrada máxima de 24 V es significativamente superior a la de la mayoría de los LDO del encapsulado SOT-23-5 (normalmente limitada a 6-10 V). Esta elevada tensión de entrada permite utilizar el MIC5235 directamente desde fuentes de alimentación de 12 V para automoción o 24 V para la industria sin necesidad de un prerregulador, lo que reduce el número de componentes y el coste. La tensión de entrada máxima absoluta es de 38 V, lo que proporciona un margen cómodo para los transitorios de descarga de carga de automoción cuando se combina con supresión de transitorios externa.

El diseño microCap significa que el MIC5235 es estable con sólo un condensador de salida de 2,2 uF, y es compatible tanto con condensadores cerámicos (X5R, X7R) como de tántalo. Se prefiere el uso de un condensador de salida cerámico por su baja ESR, pequeño tamaño y ausencia de degradación por envejecimiento. El valor mínimo de 2,2 uF es lo suficientemente pequeño como para caber en un encapsulado 0603 o 0805, minimizando el espacio en placa.

La salida fija de 5,0 V es la tensión más común para dispositivos alimentados por USB y muchos estándares de interfaz de sensores. La precisión de más o menos el 2 por ciento a lo largo de la temperatura garantiza que la salida se mantenga entre 4,9 y 5,1 V, muy dentro de la especificación de tensión USB (4,75-5,25 V en el dispositivo) cuando se tiene en cuenta la resistencia de la traza.

La patilla de habilitación (EN) permite apagar el regulador mediante un GPIO de microcontrolador, reduciendo la corriente de espera del sistema prácticamente a cero (0,1 uA típica). Esto es fundamental para las aplicaciones con estrictos presupuestos de corriente de estado desactivado, como los dispositivos alimentados por batería que deben cumplir con ENERGY STAR o requisitos de energía en espera similares.

La función de protección de batería inversa evita daños si la alimentación de entrada se conecta con la polaridad invertida. La protección de fuga inversa evita que la corriente fluya desde la salida de vuelta a la entrada cuando la tensión de entrada es inferior a la tensión de salida (por ejemplo, cuando se retira la alimentación de entrada mientras el condensador de salida sigue cargado). Ambas protecciones eliminan la necesidad de diodos de protección externos en la mayoría de las aplicaciones.

El MIC5235-5.0YM5-TR forma parte de la familia MIC5235, que también incluye otras opciones de tensión fija (1,8 V, 2,5 V, 3,0 V, 3,3 V) y una versión ajustable (1,24 V a 20 V, número de referencia MIC5235YM5-TR). Todas las variantes comparten la misma disposición de patillas SOT-23-5 y las mismas características eléctricas, y sólo difieren en la tensión de salida. La variante -5,0 es la más popular para aplicaciones USB y lógicas de 5 V.

A $0,62 por unidad en volumen (1000+), el MIC5235-5.0YM5-TR tiene un coste competitivo con otros LDO de 24 V, la mayoría de los cuales tienen una mayor corriente de tierra o carecen de las funciones de habilitación y protección inversa.

El MIC5235-5.0YM5-TR funciona como un regulador lineal de baja caída basado en un transistor de paso PNP con una referencia de tensión de precisión y un amplificador de error.

Transistor de paso PNP: A diferencia de los LDO que utilizan un transistor de paso PMOS, el MIC5235 utiliza un transistor bipolar PNP como elemento de paso. El transistor PNP permite que el regulador funcione con un diferencial de tensión de entrada-salida muy bajo (tensión de caída). La tensión de caída de un LDO basado en PNP es aproximadamente VCE(sat) del transistor PNP más la caída de tensión de la resistencia sensora de corriente, que a 150 mA es de sólo 310 mV. La topología PNP también permite el amplio rango de tensión de entrada (hasta 24 V) porque la unión colector-base PNP puede soportar altas tensiones. Sin embargo, el transistor PNP requiere una corriente de base que se suma a la corriente de tierra, razón por la cual la corriente de tierra aumenta con la corriente de carga (de 18 uA a carga ligera a 2 mA a 150 mA a plena carga).

Amplificador de error y referencia: El amplificador de error compara una fracción de la tensión de salida con la referencia interna de bandgap de 1,24 V. Para la versión fija de 5,0 V, el divisor de realimentación es interno y se ajusta en fábrica para fijar la tensión de salida. El amplificador de error conduce la base del transistor de paso PNP para mantener la regulación. La alta ganancia de CC del amplificador de error (típicamente 60-80 dB) asegura una excelente regulación de línea y carga (0,04% y 0,25% respectivamente).

Funcionamiento con caída: Cuando la tensión de entrada cae dentro de la tensión de caída de la salida (VIN menor que VOUT + 310 mV a 150 mA), el transistor de paso PNP entra en saturación. En saturación, el regulador ya no puede mantener la regulación porque el transistor de paso está totalmente activado (VCE mínimo). La tensión de salida sigue la tensión de entrada menos la tensión de caída. La tensión de caída es proporcional a la corriente de carga: VDO = IOUT x RDS(equivalente) aproximadamente. A corrientes más bajas, la tensión de caída es mucho menor (50 mV a 100 uA, 230 mV a 50 mA).

Corriente de masa: La corriente de masa (también llamada corriente de reposo o Iq) tiene dos componentes: la corriente de polarización para los circuitos internos (amplificador, referencia, circuitos de protección) y la corriente de accionamiento de la base PNP. Con carga ligera (IOUT = 100 uA), la corriente de masa total es de sólo 18 uA, dominada por la corriente de polarización. A medida que aumenta la carga, la corriente de base PNP aumenta proporcionalmente (beta-limitada), alcanzando 2 mA a 150 mA de carga. En modo apagado (EN = LOW), toda la polarización interna se desactiva y la corriente de tierra cae a menos de 1 uA.

Circuito de habilitación: El pin EN es una entrada lógica compatible CMOS. Cuando EN está en ALTO (por encima de 2,0 V), el regulador está habilitado y funciona normalmente. Cuando EN está BAJO (por debajo de 0,6 V), el regulador se desactiva; el transistor de paso PNP se apaga, el amplificador de error se desconecta y la referencia se desactiva. La corriente de entrada de la patilla EN es muy baja (0,01 uA típica en ALTO), lo que permite que sea controlada directamente por un GPIO de microcontrolador o una resistencia de pull-up. El pin EN no está referenciado a VIN; tiene su propio valor máximo absoluto (38 V).

Protección de batería inversa: Cuando la tensión de entrada es negativa (polaridad inversa), la circuitería interna impide que el transistor de paso PNP conduzca, y se bloquean las vías del diodo de cuerpo. La fuga de salida en polaridad inversa se especifica como -0,1 uA máximo a VIN = -15 V, lo que significa que esencialmente no fluye corriente en la dirección equivocada.

Protección contra fugas inversas: Cuando VIN es inferior a VOUT (p. ej., alimentación de entrada desconectada, condensador de salida aún cargado), el transistor de paso PNP bloquea el flujo de corriente inversa de VOUT a VIN. Esto es diferente de los LDO basados en PMOS, en los que el diodo del cuerpo puede conducir corriente inversa. La protección contra fugas inversas elimina la necesidad de un diodo de bloqueo externo.

Desconexión térmica: El circuito de apagado térmico supervisa la temperatura de la matriz y apaga el transistor de paso cuando la temperatura de la unión supera aproximadamente 150 grados C. Cuando la unión se enfría por debajo del umbral de histéresis de apagado térmico (aproximadamente 130 grados C), el regulador se reinicia. En el encapsulado SOT-23-5 con una resistencia térmica de 235 grados C/W, la disipación de potencia máxima a 25 grados C ambiente es de aproximadamente 319 mW (calculado como (125 - 25) / 235 = 426 mW, reducido por seguridad). Para diferenciales VIN-VOUT altos, la corriente de salida debe limitarse para mantener la disipación de potencia dentro de la capacidad del encapsulado.

Límite de corriente: El circuito de límite de corriente monitoriza la corriente de salida y la limita a aproximadamente 350 mA típica (500 mA máxima) cuando se detecta un cortocircuito. El límite de corriente protege al transistor de paso de posibles daños, pero no impide que aumente la temperatura de la unión; el apagado térmico proporciona la capa de protección secundaria.