DC / DC-перетворювачі з вбудованим ключем від Texas Instruments

  1. Про компанію Texas Instruments

DC / DC-перетворювачі з вбудованим ключем є інтегральні схеми імпульсних перетворювачів постійної напруги індуктивного типу

DC / DC-перетворювачі з вбудованим ключем є інтегральні схеми імпульсних перетворювачів постійної напруги індуктивного типу. Вони містять всі необхідні для роботи такого перетворювача керуючі і силові каскади і вимагають лише незначного числа зовнішніх компонентів. Компанія Texas Instruments (TI) випускає безліч таких ІС. Розглянемо їх розподіл за ознаками, пропонованим системою параметричного пошуку на сайті TI.

1. Топологія перетворення

Найбільш великими групами перетворювачів є підвищують (70 ІС) і знижують (175 ІС). Якщо потрібна реалізація повишающе-понижуючого перетворення (27 ІС), можливе застосування SEPIC-перетворювачів і обратноходового перетворювача. Якщо розробника зацікавила SEPIC-топологія, але з яких-небудь причин не підходять запропоновані для її здійснення ІС, реалізувати її можна в складі багатьох підвищують перетворювачів. Інвертують перетворювачі (32 ІС), як правило, є похідними від підвищують або знижують перетворювачів, тобто реалізуються шляхом модифікації їх схеми. Це ж стосується і SEPIC-перетворювача, модифікацією якого також можна домогтися инвертирования напруги. Такий перетворювач відомий як перетворювач Кука.

2. Кількість стабілізованих виходів і рівні вихідної напруги

Крім одноканальних перетворювачів TI випускає перетворювачі з числом каналів 2, 3, 4, 9 та 13. З їх допомогою можна добитися мініатюризації каскаду багатоканального електроживлення. Значно зменшити займане перетворювачем місце на друкованій платі можна за рахунок вибору перетворювача з фіксованою вихідною напругою. У лінійці TI є перетворювачі з наступними фіксованими вихідними напруженнями: -2, 0.9, 1, 1.2, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.875, 1.9, 2.3, 2.5, 2.8, 3, 3.3, 3.6, 5, 12 і 15 вольт . В іншому випадку буде потрібно застосування регульованого перетворювача. Зверніть увагу на те, що перетворювачі з однопровідним послідовним інтерфейсом EasyScale підтримують можливість програмування вихідної напруги.

3. Діапазон вхідної напруги

Оскільки багато перетворювачі орієнтовані на застосування в складі портативних додатків на батарейках, то часто діапазон вхідної напруги характеризується сумісністю з акумуляторними батареями:

  • одноелементними лужними / нікелевими акумуляторними батареями;
  • двоелементною лужними / нікелевими акумуляторними батареями;
  • одноелементними літієво-іонними акумуляторами;
  • двоелементною літієво-іонними акумуляторами.

4. Допоміжні функції

Найбільш типовими допоміжними функціями, які часто необхідні в каскаді стабілізації напруги, є:

  • вхід дозволу роботи, за допомогою якого можна відключити перетворювач, коли система переходить в черговий режим роботи, або реалізувати формування напруг в певній послідовності. Такий вхід передбачено більш ніж у половини DC / DC-перетворювачів.
  • вихід сигналізації коректності рівня вихідної напруги POWER GOOD. Даний вихід активізується, коли перетворювач виходить на режим стабілізації і вихідна напруга відхиляється не більше допустимої величини. Поєднавши в потрібній конфігурації виходи POWER GOOD і входи дозволу роботи декількох перетворювачів, можна домогтися необхідної послідовності формування напруг.
  • висновок синхронізації. Даний висновок корисний в тих випадках, коли потрібно або встановити необхідну частоту перетворення, або синхронізувати роботу декількох каналів перетворення. Наприклад, протифазні робота двох каналів характеризується меншими пульсаціями струму у вхідному конденсаторі, що знижує вимоги до його вибору.
  • сигналізація розряду акумуляторної батареї. Ця функція часто необхідна в цілях на батарейках для сигналізації про зниження напруги акумулятора нижче допустимого рівня.

5. Частота перетворення

TI випускає перетворювачі з частотою перетворення від 52 кГц до 4 МГц. Останнім часом істотно зросла кількість перетворювачів з частотою перетворення вище 1 МГц. В даний час майже половину від усього асортименту TI складають саме такі перетворювачі. Якщо до них додати ще й перетворювачі з частотою перетворення 500 кГц і вище, то частка їх становить понад 90%. Підвищення частоти перетворення пов'язане в першу чергу з можливістю мініатюризації схемного рішення за рахунок застосування чіп-конденсаторів і чіп-дроселів. Зростання частоти перетворення впливає на підвищення рівня власного споживання, що негативно позначається на ефективності перетворення при малих токах навантаження, однак цю проблему TI вирішує за допомогою спеціально організованих енергозберігаючих режимів роботи, що дозволяють підтримувати ККД перетворення на високому рівні.

6. Робочий температурний діапазон

Переважна частина перетворювачів (більше 75%) розрахована на роботу в промисловому температурному діапазоні -40 ... 85 ° С, пристрої для автомобільних застосувань можуть працювати в діапазоні до + 125 ° С. Незначну частку займають перетворювачі для температурних діапазонів від -30 ... 85 ° С, -20 ... 85 ° С і 0 ... 70 ° С.

7. Корпус

DC / DC-перетворювачі TI випускаються в різному корпусном виконанні (SOIC, DDPAK / TO-263, SON, SOT, SOT-23, TO-220, DIESALE, DSBGA, MSOP, PDIP, SO, TSSOP, HTSSOP, QFN, BGA і ін.). Таке різноманіття викликано безперервним посиленням вимог до займаного корпусом простору (площі посадкового місця і висоті). Найменшим посадковим місцем володіють безвиводние корпусу (наприклад, QFN, BGA), у яких точки припаювання до друкованої плати знаходяться під корпусом. Для поліпшення теплорассеівающей здатності деякі корпуси оснащені спеціальною теплорассеівающей майданчиком (Power PAD, Thermal PAD), яка дозволяє передати тепло від корпусу ІС до друкованої плати.

8. Струм навантаження

Струм навантаження характеризує здатність навантаження перетворювача. Вихідний струм знижують перетворювачів і є струм, який може бути відданий в навантаження (див. Рис. 1).

Мал. 1. Понижуючі DC / DC-перетворювачі з вбудованим ключем

Також однозначно оцінити здатність навантаження підвищуючого перетворювача можна, тому що ключ не пов'язаний з навантаженням, а керує тільки зарядом дроселя. Тому вибір підвищуючого перетворювача здійснюють за максимальним струмом ключа (Iком), вимоги до якого визначають виходячи з максимального струму навантаження (Iнагр), вихідної напруги (Vвих) і мінімального вхідного напруги (Vвх.мін):

Зорієнтуватися у виборі підвищуючого перетворювача по струму через ключ допоможе малюнок 2.

Мал. 2. Підвищують DC / DC-перетворювачі з вбудованим ключем

Огляд сімейств DC / DC-перетворювачів для побудови вузлів низьковольтного електроживлення

Далі буде розглянуто кілька сімейств низьковольтних DC / DC-перетворювачів з вихідним напругою менше 5 В. Вони знаходять широке застосування в портативній техніці (КПК, стільникові телефони, смартфони, цифрові камери і ін.) Для харчування мікропроцесорів, програмованої логіки, ЦПОСІ та / або спеціалізованих ІС (ASIC).

Для цього потрібні особливі стабілізатори напруги, здатні з високою ефективністю формувати низьковольтне напруга при харчуванні від акумуляторної батареї. Прикладом таких стабілізаторів може служити сімейство TPS6220x. До його складу входить кілька високоефективних понижуючих перетворювачів напруги, що розрізняються рівнем вихідної напруги (фіксований або регульований). Інформація по представниках сімейства і їх схемою включення представлена ​​на рис. 3. Діапазон вхідної напруги цих перетворювачів дозволяє працювати від одноелементна літієво-іонного акумулятора або 3-елементного NiMH / NiCd-акумулятора. Крім того, перетворювачі можуть працювати від стандартних шин харчування з напругою 3,3 В або 5 В. При роботі з номінальними струмами навантаження частота перетворення дорівнює 1 МГц, а при малих навантаженнях перетворювачі переходять в черговий режим роботи, в якому знижується частота перетворення і рівень власного споживання (до 15 мкА). Завдяки цьому, ККД підтримується на високому рівні навіть при малих токах навантаження. Для отримання повністю завершеного рішення стабілізатора напруги, ІС перетворювачів з фіксованою вихідною напругою необхідно доповнити всього лише трьома мініатюрними зовнішніми компонентами: дроселем L1 і конденсаторами C1, C4 (див. Рис. 3).

Мал. 3. Понижуючі стабілізатори з сімейства TPS6220x

Топологія перетворювачів забезпечує відмінні значення стабільності вихідної напруги при змінах по входу і навантаженні навіть при використанні на вході і виході мініатюрних керамічних конденсаторів. Для роботи регульованого перетворювача додатково будуть потрібні резистивний дільник напруги R1R2, від якого залежить рівень вихідної напруги, і конденсатори C2, C3 для придушення шуму в ланцюзі зворотного зв'язку. Перетворювачі поставляються в мініатюрному 5-вивідному корпусі SOT-23, що також сприяє зменшенню габаритів всього рішення. До числа додаткових функцій перетворювачів відносяться вхід дозволу роботи, плавний старт і можливість роботи з 100% -им заповненням імпульсів (що необхідно для зниження мінімального перепаду напруги).

Домогтися ще більшої мініатюризації каскаду низьковольтного харчування мікропроцесора або ЦПОСІ дозволяють перетворювачі сімейства TPS623хх (див. Табл. 1).

Таблиця 1. Сімейство понижуючих DC / DC-перетворювачів TPS623хх

Найменування Вихідна
напруга, В Поріг блокування
при зниженні
напруги, В Корпус Температурний
діапазон, ° С TPS62300 регулюється 2,4 QFN-10, CSP-8 -40 ... 85 TPS62301 1,5 2,4 QFN-10, CSP-8 TPS62302 1,6 2,4 QFN-10, CSP-8 TPS62303 1 , 8 2,4 QFN-10, CSP-8 TPS62304 1,2 2,4 QFN-10, CSP-8 TPS62305 1,875 2,4 QFN-10, CSP-8 TPS62311 1,5 2 CSP-8 TPS62313 1,8 2 CSP-8 TPS62315 1,875 2 CSP-8 TPS62320 регулюється 2,4 QFN-10, CSP-8 TPS62321 1,5 2,4 QFN-10, CSP-8

Це стало можливим завдяки підвищенню частоти перетворення до 3 МГц і, як наслідок, зниження індуктивності до 1 ... 2,2 мкГн (для порівняння: типова індуктивність вихідного дроселя TPS6220x дорівнює 10 мкГн). Крім того, перетворювачі TPS623хх доступні в CSP-корпусах (від Chip Scale Package - «співрозмірний з кристалом корпус») з меншим посадковим місцем. Перетворювачі також відрізняються підвищеною - до 500 мА - здатністю навантаження, можливістю синхронізації зовнішнім сигналом і відмінною від TPS6220x схемотехнікою каскаду зворотного зв'язку по напрузі. Цей каскад представлений трьома висновками:

  • VOUT - вхід контролю вихідної напруги (підключається до вихідній напрузі у всіх версій);
  • FB - вхід зворотного зв'язку по напрузі (не використовується у регульованих версій);
  • ADJ - висновок регулювання вихідної напруги (не використовується у нерегульованих версій).

Наявність висновку ADJ дає можливість реалізувати програмований за допомогою зовнішнього ЦАП стабілізатор напруги. Приклад такої схеми показаний на рис. 4.

Мал. 4. Імпульсний стабілізатор напруги, регульований за допомогою ЦАП

В застосуваннях, де потрібна формування двох низьковольтних напруг харчування (наприклад, логічного ядра і інтерфейсу введення-виведення), вигідно використовувати двоканальні знижують імпульсні стабілізатори напруги. Як приклад тут буде наведено нове сімейство двохканальних перетворювачів TPS6240x з частотою перетворення 2,25 МГц. Важливою відмінністю даних перетворювачів є наявність однопровідного послідовного інтерфейсу EasyScale (висновок MODE / DATA), який надає доступ до чотирьох внутрішніх регістрів, від яких залежать рівні вихідної напруги: REG_DEF_1_LOW (вихідна напруга 1-го перетворювача, коли на вході DEF_1 низький рівень), REG_DEF_1_HIGH (теж, але коли на вході DEF_1 високий рівень), REG_DEF_2 (вихідна напруга 2-го перетворювача). За замовчуванням в ці регістри записуються значення, які призводять до встановлення вихідних напруг відповідно до даних з табл. 2 (крім перетворювача TPS62400, який за замовчуванням налаштований на роботу з зовнішнім дільником напруги).

Таблиця 2. Сімейство TPS6240x

Найменування Вихід 1 Вихід 2 Напруга, В
(DEF_1 = 1/0) Макс.
ток, мА Напруга, В Макс.
ток, мА TPS62400 регулюється 400 Регульоване 600 TPS62401 1,1 / 1,575 400 1,8 600 TPS62402 1,8 / 2,2 400 3,3 600 TPS62403 1,1 / 1,575 400 2,8 600

Приклад схеми включення перетворювача TPS62401, а також призначення висновків для корпуса QFN-10 показані на рис. 5.

Мал. 5. Схема включення і розташування висновків перетворювача TPS62401

Розглянемо ще одну нову розробку TI - сімейство підвищують перетворювачів TPS6107x. Їх важливою привабливою рисою є можливість роботи від одно-, дво- і трьохелементної лужної NiCd- або NiMH-батареї, а також одноелементної літієво-іонною або літієво-полімерної батареї. При харчуванні напругою 0,9 В перетворювачі здатні формувати напругу 3,3 В при струмі навантаження 75 мА. Якщо потрібна вища здатність навантаження, то необхідно змінити кількість елементів в батареї. Так, наприклад, при вхідній напрузі 1,8 В і тому ж вихідному напрузі 3,3 В здатність навантаження зростає вдвічі і становить 150 мА. Якщо ж перетворювач формує напруга 5 В і харчується від джерела напругою 3,3 В або літій-іонної батареї, то струм навантаження може бути до 200 мА. Перетворювачі володіють таким самим ККД з розглянутими вище знижувальними перетворювачами. В даному випадку ККД досягає 90% (у понижуючих він може досягати 95%). Це стало можливим, завдяки застосуванню на виході синхронного преобразовательного каскаду на МОП-транзисторі (зазвичай, в якості нижнього ключового елемента, використовувався діод Шотткі, якому властиві більш високі втрати при низьких вихідних напругах), а також малому власним споживаному струму (типове значення 19 мкА ). Застосування синхронного МОП-транзистора у вихідному каскаді (див. Рис. 6) також дозволило реалізувати функцію відключення навантаження після перекладу перетворювача в режим відключення (через висновок EN). Інформація про представників сімейства TPS6107x і їх відмінностях представлена ​​в таблиці 3.

Таблиця 3. Сімейство підвищують перетворювачів TPS6107x

Найменування Частота
преобра-
тання, кГц Вихідна
напруга еко-
мічних
режим Поріг реагіро-
вання по входу EN Корпус Темпера-
турний
діапазон лог. 0 лог. 1 TPS61070DDC 1200 Регульоване Включений ≤0,2хVBAT ³0,8хVBAT 6-вив.
TSOT-23 -40 ... 85 ° C TPS61071DDC 1200 Регульоване Відключений ≤0,2хVBAT ³0,8хVBAT TPS61072DDC 600 Регульоване Відключений ≤0,2хVBAT ³0,8хVBAT TPS61073DDC 1200 Регульоване Включений ≤0,4 В ³1,2 В

Мал. 6. Функціональна схема, схема включення і розташування висновків перетворювача TPS61070

Більш детальну інформацію про DC / DC-перетворювачів можна отримати на спеціальному розділі інтернет-сайту TI http://www.power.ti.com/ , Присвяченому продукції для побудови вузлів електроживлення.

Контролер UCC28070 компанії TI

Компанія Texas Instruments Inc. оголосила про випуск нового двухфазного контролера UCC28070 з керуванням за середнім значенням струму для систем зв'язку, серверних і промислових систем з многокіловаттним споживанням енергії. Пристрій спрощує процес проектування джерел живлення, підвищує надійність систем і дозволяє отримати значення коефіцієнта потужності більше 0,9, завдяки чому зростає ефективність використання енергії.

Контролер UCC28070 допомагає зменшити сумарні нелінійні спотворення в системах з живленням від мережі потужністю 75 Вт ... 1 кВт і вище. Він також дозволяє сучасним системам максимально використовувати доступну потужність мережі електроживлення і пристосовуватися до екстремальних перешкод в мережах змінного струму з різними рівнями напруги.

UCC28070 дасть змогу покращити системи завдяки методу чергування фаз із зсувом 180 °, при якому на 50 ... 100% зменшується величина коливань вхідного і вихідного струму і відбувається перерозподіл магнітних полів, що покращує теплообмін.

Функція розмивання частоти контролера UCC28070 допомагає зменшити ємність конденсатора і дає можливість використовувати фільтр електромагнітних завад меншого розміру і вартості. Схема захисту від перевищення вихідної напруги з функцією виявлення розімкнутого контуру оберігає систему від пошкоджень монтажної плати.

Крім цього, в контролері UCC28070 передбачено блокування при зниженій напрузі, покрокове обмеження максимального струму, а також функція захисту від перегріву системи.

Мікросхема UCC28070 поставляється в 20-контактному корпусі TSSOP. В даний час надаються зразки, а масове виробництво заплановано на січень 2008 року.

Про компанію Texas Instruments

В середині 2001 р компанії Texas Instruments і КОМПЕЛ уклали офіційну дистриб'юторську угоду, яке стало результатом тривалої і успішної роботи КОМПЕЛ в якості офіційного дистриб'ютора фірми Burr-Brown В середині 2001 р компанії Texas Instruments і КОМПЕЛ уклали офіційну дистриб'юторську угоду, яке стало результатом тривалої і успішної роботи КОМПЕЛ в якості офіційного дистриб'ютора фірми Burr-Brown. (Як відомо, Burr-Brown увійшла до складу TI так само, як і компанії Unitrode, Power Trend і Klixon). З цього часу компанія КОМПЕЛ отримала доступ до постачання всієї номенклатури вироблених компанією TI компонентів, технологій та налагоджувальних засобів, а також ... читати далі



В закладки:   Просмотров: 1