CC BY
42Компоненты и технологии, № 9'2004
Продолжение. Начало в № 7'2004
Чем будем питаться? Питание от Micrel
Во второй части публикации освещаются интегральные импульсные стабилизаторы и контроллеры DC/DC-преобразователей Micrel, их преимущества и примеры применений.
Илья Зайцев
S
I
Часть 2. Импульсные стабилизаторы и контроллеры
Компания Мкге1 производит более 60 типов интегральных импульсных стабилизаторов и контроллеров. По своим параметрам и функциям они перекры-
Таблица 1.1. Понижающие и синхронные понижающие стабилизаторы (встроенный ключ РЕТ)
Наиме- нование Диапазон входного напряжения (В) Выходной ток (А) Диапазон Версии на выходного фиксированные напряже- выходные ния (В) напряжения (В) Частота преобра- зования Примечание Типы корпусов
LM2574 4...40 0,5 1,23...37 3,3, 5,0, 12 52 кГц DIP-8
LM2575 4...40 1 1,23...37 3,3, 5,0, 12 52 кГц TO-220-5, TO-263-5, DIP-16, SOP-24
LM2576 4...40 3 1,23.37 3,3, 5,0, 12 52 кГц TO-220-5, TO-263-5
MIC2177 4,5...16,5 2,5 1,25.12 3,3, 5,0 200 кГц Автовыбор режима ШИМ/пропуск импульсов, синхронизируемый SOP-20
MIC2178 4,5...16,5 2,5 1,25.12 3,3, 5,0 200 кГц Управляемый выбор режима ШИМ/пропуск импульсов, синхронизируемый SOP-20
MIC2179 4,5...16,5 1,5 1,25.12 3,3, 5,0 200 кГц Наименьший корпус, синхронизируемый SSOP-20
MIC2202 2,3...5,5 0,6 0,5B.Vin Рєг. 2 МГц Стабильный выход при Свых=1 мкФ 3x3 мм MLF-10L, MSOP-10
MIC2204 2,3...5,5 0,6 1,0...Vin Рєг. 2 МГц КПД до 95%, синхронизируемый 3x3 мм MLF-10L, MSOP-10
MIC4574 4...24 0,5 1,23.20 3,3, 5,0 200 кГц Меньший чем для 1М257х номинал индуктивности DIP-8
MIC4575 4...24 1 1,23.20 3,3, 5,0 200 кГц Меньший чем для 1М257х номинал индуктивности TO-220-5, TO-263-5
MIC4576 4...36 3 1,23.33 3,3, 5,0 200 кГц Меньший чем для 1М257х номинал индуктивности TO-220-5, TO-263-5
MIC4680 4...34 1,3 1,25.30 3,3, 5,0 200 кГц Наименьшие габариты в семействе SuperSwitcher SOP-8
MIC4681 4...30 1,3 1,25.30 Рєг. 200 кГц Пиковый ток 2 А, для электропривода и зарядных устройств SOP-8
MIC4682 4...34 1,3 1,25.30 Рєг. 200 кГц Устанавливаемое ограничения тока с точностью ±10% SOP-8
MIC4684 4...30 2 1,25.30 Рєг. 200 кГц Высокий КПД, длительная нагрузка до 2 А SOP-8
MIC4685 4...30 3 1,25.30 Рєг. 200 кГц Длительная нагрузка до 3 А, корпус на треть меньше 02Р'ак SPAK-07
MIC4690 4...30 1,3 1,25.30 Рєг. 500 кГц Малый номинал индуктивности SOP-8
вают потребности очень широкого круга приложений. В таблицах 1.1—1.5 приведен перечень компонентов этого класса, их основные характеристики и особенности. (Здесь и далее под термином «преобразователь» объединены импульсные стабилизаторы со встроенным ключом и импульсные контроллеры, управляющие внешним ключевым элементом.)
Обобщая свойства импульсных преобразователей Micrel, следует отметить их преимущества:
• Малые собственные токи потребления и эффективность технологии BiCMOS в стабилизаторах со встроенным ключевым элементом. Сочетание в выходном ключе мощного биполярного и управляющего им полевого транзисторов минимизирует длительность переключения и уровень высокочастотных составляющих спектра переходных процессов. В итоге эффективность преобразователя (КПД) повышается, а уровень излучаемых помех существенно меньше, чем у преобразователей, выходной ключ которых построен только на полевом транзисторе.
• Прецизионные характеристики встроенных источников опорного напряжения и высокое быстродействие компараторов напряжения повышают точность и минимизируют уровень шумов в выходном напряжении.
• Функция синхронизации внешним тактовым сигналом, реализованная во многих версиях преобразователей, снимает большинство проблем обеспечения электромагнитной совместимости модулей и узлов сложных систем с распределенным питанием.
• Функция электронного управления включением электропитания позволяет довольно просто реализовывать функции защитного отключения нагрузки, включения подсистем только на время использования (например, включение подсветки экранов мобильных устройств) для снижения энергопотребления, и тому подобные функции, при которых включение-выключение требуется производить автоматически.
• Практически во всех преобразователях Micrel реализована функция защитного отключения при перегреве, предотвращающая выход микросхемы из строя при перегрузках. Устойчивость компо-
Компоненты и технологии, № 9'2004
Таблица 1.2. Понижающие и синхронные понижающие контроллеры (внешний ключ РЕТ)
Є-
Наиме- нование Диапазон входного напряжения (В) Выходной ток (А) Диапазон выходного напряжения (В) Версии с фиксиров. выходн. напряжением (В) Частота преобра- зования Примечание Типы корпусов
MIC2168 3...14,5 20 0,8 В мин Pег. 1 МГц Быстродействующий, малогабаритный, простое включение MSOP-10
MIC2169 3...14,5 20 0,8 В мин Pег. 500 кГц Быстродействующий, малогабаритный, высокий КПД MSOP-10
MIC2182 4,5...32 Внешний N-FET 1,25...6 Pег. 300 кГц Синхронизируемый SOP-16, SSOP-16
MIC2183 2,9...14 Внешние N-и P-FET 1,25...Vin Pег. 400/200 кГц Максимальный коэфф. заполнения 100% SOP-16, QSOP-16
MIC2184 2,9...14 Внешний P-FET 1,25...Vin Pег. 400/200 кГц SOP-16, QSOP-16
MIC2193 2,9...14 Внешние N-и P-FET 1,25...Vin Pег. 400 кГц Мало выводов, синхронизируемый SOP-8
MIC2194 2,9...14 Внешний P-FET 1,25...Vin Pег. 400 кГц Мало выводов SOP-8
MIC2198 4,5...32 Внешниий N-FET, 20 A 0,8.6 Pег. 500 кГц Малые габариты, высокая частота 4x4 мм MLF-12L
MIC2199 4,5...32 Внешниий N-FET, 20 A 0,8.6 Pег. 300 кГц Малые габариты 4x4 мм MLF-12L
Таблица 1.3. Повышающие стабилизаторы (встроенный ключ FET)
Наиме- нование Диапазон входного напряжения (В) Диапазон Версии Выходной выходного с фикс. вых. ток (А)1*11 напряже- напряжения (В) нием (В) Частота преобра- зования Примечание Типы корпусов
MIC2141 2,5...14 0,5 3,0...22 Пег. 330 кГц Динамическое пропорциональное регулирование выходного напряжения SOT-23-5
MIC2142 6 CN 2, 0,5 3,0...22 Пег. 330 кГц Мал, прост, высокоэффективен SOT-23-5
MIC2145 2,4...16 1,5 3,0...16 кег. 450 кГц Программируемый пиковый ток ключа MSOP-8
MIC2171 3...40 2,5 3,3.60 кег. 100 кГц Высокий выходной ток TO-220-5, TO-263-5
MIC2172 3...40 1,25 3,3.60 Pег. 100 кГц Синхронизируемый DIP-8, SOP-8
MIC2287 2,5...10 0,5 от Vin до 34 Pег. 1,2 МГц Встроенный драйвер сверхъярких светодиодов Thin SOT23-5L, 2x2 мм MLF-8L
MIC2288 2,5...10 1 от Vin до 34 Pег. 1,2 МГц Малые габариты, большой ток Thin SOT23-5L, 2x2 мм MLF-8L
MIC2289 2,5...10 0,5 от Vin до 34 Pег. 1,2 МГц Встроенный драйвер сверхъярких светодиодов и диод Шоттки 2x2 мм MLF-8L
MIC2290 2,5...10 0,5 от Vin до 34 Pег. 1,2 МГц Внутренний диод Шоттки 2x2 мм MLF-8L
MIC2291 2,5...10 1,2 от Vin до 34 Pег. 1,2 МГц Драйвер LED фотовспышки Thin SOT23-5L, 2x2 мм MLF-8L
MIC2292 2,5...10 0,5 от Vin до 34 Pег. 1,6 МГц Высокочастотный, внутренний диод Шоттки 2x2 мм MLF-8L
MIC2293 2,5...10 0,5 от Vin до 34 Pег. 2 МГц Высокочастотный, внутренний диод Шоттки 2x2 мм MLF-8L
MIC2570 1,3...15 1 1,5.33 2,85, 3,3, 5,0 20 кГц SOP-8
MIC2571 0,9...15 1 1,1.33 2,85, 3,3, 5,0 20 кГц MSOP-8
MIC3172 3...40 1,25 3,3.60 100 кГц Автовыключение выхода на холостом ходу DIP-8, SOP-8
(1) — указан максимальный ток встроенного ключа
нентов Мкге1 к жестким условиям эксплуатации (диапазон рабочих температур -40.. . + 125 °С) позволяет создавать на их основе промышленные электронные приборы повышенной надежности. Понижающие преобразователи напряжения
Понижающими называют преобразователи, выходное напряжение которых ниже наименьшего значения входного. Мкге1 выпускает сегодня 26 серий понижающих импульсных стабилизаторов со встроенным или внешним ключом. Ряд серий поддерживает дополнительно функцию синхронизации.
Семейство импульсных стабилизаторов М1С468х со встроенным ключом ориентировано на построение малогабаритных, простых и эффективных (КПД до 90%) преобразова-
телей с выходной мощностью до 5-10 Вт. Общим свойством семейства является частота преобразования 200 кГц, достаточно высокая, чтобы применять для фильтрации импульсных помех в выходном напряжении простые фильтры с небольшими величинами емкости и индуктивности. М1С4690 имеет еще более высокую частоту преобразования — 500 кГц. Чем выше частота преобразования, тем меньшие номиналы индуктивности и емкости требуются для построения преобразователя и выходного фильтра. При повышении частоты преобразования уменьшаются общие габариты источника питания. Типовые значения индуктивности для М1С468х составляют 60-100 мкГн, а для М1С4690 — 10-30 мкГн, а емкости, соответственно, 220 мкФ и 100 мкФ.
Каждая из серий MIC468x имеет свои особенности, определяющие области их наиболее эффективного применения. Так, MIC4680 в выключенном состоянии (функция электронного включения-выключения реализована во всех компонентах семейства) потребляет всего около 2 мкА. Это практически рекордное значение среди аналогичных компонентов, представленных на рынке.
MIC4681 очень похож на MIC4680, но его параметры оптимизированы для построения, например, устройств заряда батарей Li-Ion и NiCd/NiMH импульсным током при напряжении 4,2 В. Импульсный выходной ток MIC4681 может быть значительным — нижний предел ограничения тока составляет 2,1 А. По совокупности характеристик MIC4681 идеален для применения в зарядных устройствах, например для мобильных средств связи стандартов GSM и TDMA.
Для источников стабилизированного напряжения и тока наилучшим решением будет MIC4682, так как этот преобразователь содержит прецизионную схему ограничения выходного тока. Требуемый порог ограничения задается внешним резистором в пределах от 400 мА до 2 А с точностью не хуже 10%. Функция ограничения максимального тока требуется, например, для питания светодиодных подсветок или информационных «бегущих строк».
Выходной каскад MIC4684, в отличие от остальных представителей семейства, построен на составных биполярных транзисторах, а не на паре полевой + биполярный (выполненной по технологии BiCMOS). На структурной схеме, представленной на рис. 1в, показан конденсатор вольтдобавки в цепи обратной связи. Он обеспечивает уменьшение напряжения насыщения выходного транзистора, улучшение динамических характеристик и, в конечном счете, увеличивает постоянный выходной ток. Напряжение насыщения выходного транзистора в MIC4684 не превышает 590 мВ, что позволяет MIC4684 выдерживать длительную нагрузку до 2 А.
Выходной каскад MIC4685 построен так же, как у MIC4684. За счет более крупного и термоэффективного корпуса SPAK-07L этот преобразователь имеет нагрузочную способность, увеличенную до 3 А. SPAK-07L — это более тонкая (высотой менее 2 мм) модификация D2Pak (TO-263) или T0-220.
Семейство выпускается в корпусах SOP-8 с улучшенными характеристиками по рассеиванию и передаче тепла. Функциональные выводы MIC4680, MIC4681 и MIC4690 расположены по одной стороне корпуса, общие (GND) — по другой. Таким образом, монтажные площадки на печатной плате расположены так же, как для корпусов D2Pak (TO-263). Но высота корпуса SOP-8 всего около 1,5 мм, что дает возможность заменять аналогичные по назначению компоненты в корпусах D2Pak (TO-263) или TO-220 при проектировании низкопрофильных приборов, как, например, мобильные средства связи, терминалы сбора данных, переносные накопители информации на полупроводниковых носителях или другие карманные устройства.
нам „,и5„еТ!
Компоненты и технологии, № 9'2004
e-
V|N
_ Internal ' Regulator
200 кГц Terminal Current
Oscillator Shutdown Limit
V|N
Internal ^_ Regulator
200 кГц Terminal Current
Oscillator Shutdown Limit
CorrvN-\
paratope ) Y>— >—It*
+ / г/ 1 )river 1
VOUT“ VREF^R2+1j -«te-j
R1 =
Vref = 1,23 В
MIC4680 [adj.]
E
1,23 В
Bandgap
Reference
VlN
Bootstrap
Charger
^ Internal ^ Regulator
vout “ vre
200 кГц Terminal Current
Oscillator Shutdown Limit
Рис. 1. Структурные схемы импульсных стабилизаторов М1С468х:
(а) М1С468х с фиксированным выходным напряжением;
(б) М1С468х с регулируемым выходным напряжением;
(в) выходные ключи в М1С4684 и М1С4685 построены на биполярной паре транзисторов
Таблица 1.4. Повышающие контроллеры (внешний ключ FET)
Наиме- нование Диапазон входного напряжения (В) Тип ключа Диапазон выходного напряжения (В) Частота преобра- зования Примечание Типы корпу- сов
MIC2185 2,9...14 Внешние N-и P-FET 3,3-14 200/400 кГц Синхронизируемый, высокий КПД SOP-16, QSOP-16
MIC2186 2,9...14 Внешний N-FET от 3,3 100/200/ 400 кГц Встроенный мощный МОБРБТ драйвер 1,6 Ом SOP-16, QSOP-16
MIC2196 2,9...14 Внешний N-FET от 3,3 400 кГц Наименьший корпус SOP-8
Таблица 1.5. Контроллеры изолирующих преобразователей (прямоходовые, обратноходовые, двухтактные и т. п.)
Наиме- нование Диапазон входного напряжения (В) Тип ключа Диапазон выходного напряжения (В) Частота преобра- зования Примечание Типы корпу- сов
MIC3808 8,3...20 Внешний РЕТ Pег. до 1 МГц Двухтактный выход SOP-8, MSOP-8
MIC3809 4,1...20 Внешний РЕТ Pег. до 1 МГц Двухтактный выход SOP-8, MSOP-8
MIC3838 8,3...20 Внешний РЕТ Pег. до 1 МГц Конфигурируемый двухтактный выход: режим управления током или напряжением MSOP-10
MIC3839 4,1...20 Внешний РЕТ Pег. до 1 МГц Конфигурируемый двухтактный выход: режим управления током или напряжением MSOP-10
MIC38C4x 9...20 Внешний РЕТ Pег. до 500 кГц BiCMOS версия UC384x с малым током потребления, ток выхода 0,5 А DIP-8, DIP-14, SOP-8, SOP-14, MSOP-8
MIC38C4xA 9...20 Внешний РЕТ Pег. до 500 кГц Перспективная версия. BiCMOS версия uC384x с малым током потребления, ток выхода 0,5 А SOP-8, MSOP-8
MIC38HC4x 9...20 Внешний РЕТ Pег. до 500 кГц BiCMOS версия UC384x с малым током потребления (4 мА), ток выхода 1,0 А DIP-8, DIP-14, SOP-8, SOP-14
MIC9130 9...180 Внешний РЕТ Pег. до 1,5 МГц Встроенная схема запуска до 180 В, заполнение до 50% SOP-16, QSOP-16
MIC9131 9...180 Внешний РЕТ Pег. до 1 МГц Встроенная схема запуска до 180 В, заполнение до 75% SOP-16, QSOP-16
+6V to +34 V
О-------
MIC4680-3.3BM
SHUTDOWN
ENABLE
П_ о-
С1 15jjF=^ 35V
Power" SOP-8
IN SW
SHDN FB
GND
□ D1 B260A or SS26
3,3V/1A
+ b: C2
220^ F 16V
V
Рис. 2. Для стабильной работы MIC468x необходим минимум внешних компонентов
Два семейства понижающих преобразователей ЬМ257х и М1С457х функционально повторяют друг друга и включают по три серии, различающиеся величиной максимального тока через открытый ключ — 0,5, 1,0 и 3,0 А. Семейства ориентированы на построение источников питания от 2 до 15 Вт и различаются частотой преобразования и шириной диапазона входных напряжений. ЬМ257х работает на сравнительно низкой частоте — 52 кГц, но допускает десятикратное измене-
ние входного напряжения — от 4 до 40 В. М1С457х имеет частоту преобразования 200 кГц и, соответственно, требует в 4-10 раз меньшую индуктивность.
Для реализации полностью завершенного узла питания на компонентах Мкге1 требуется минимальное число внешних компонентов: дроссель, входной и выходной емкостные фильтры и диод Шоттки. Типовая схема включения М1С468х приведена на рис. 2. Требования по точности и некоторым другим характеристикам внешних компонентов не являются жесткими за счет применяемой Мкге1 технологии внутренней компенсации погрешностей. Это зачастую существенно упрощает наладочные и регулировочные работы. В большинстве случаев преобразователь на компонентах Мкге1, отлаженный на этапе разработки, не требует в серийном производстве никаких регулировочных работ, кроме подстройки выходного напряжения в версиях с регулируемым выходом.
В таблицах 1.1 и 1.3 для преобразователей со встроенным ключом приведены максимальные токи через открытый транзистор. Величи-
86
www.finestreet.ru
а)
б)
Компоненты и технологии, № 9'2004
М1С4680ВМ
1Ы
ЭНРЫ РВ
СЫР
1N4148
Рис. 3. Три дополнительных компонента увеличивают максимальный выходной ток источника питания
Рис. 4. Минимизация паразитных потерь в импульсных преобразователях
О-
ш
9У1о 18У
О------
а _
22^ -г-
35У
И
68мН
БНОЫ SW
М1С4575Ви
/
6,0У
12 1 pH
112
у1М СЫР
РВ
1,
Т
]Р2 _|_ СЗ 3,92к -р ззоорр 1%
3Р1
MBRS130LTЗ
_ЛС2
220МР
10У
+ СЗ =Р ЮОмР 10У
У,м У0ит
М1С29150 СЫР
Уоит
5У/1А
—О
+С4 = 22МР 10У
Рис. 5. Стабилизатор с подавлением шумов (<1 мВ)
V
на тока, отдаваемого в нагрузку функционально завершенной схемой источника питания, в 1,5-1,8 раз меньше максимального тока ключа. Однако максимальный ток нагрузки можно еще увеличить процентов на 20, добавив три компонента к четырем минимально необходимым для стабильной работы. Обычный диод, резистор и керамический конденсатор, показанные на рис. 3, уменьшают общие потери в микросхеме стабилизатора, тем самым отдавая нагрузке примерно на 20% больший ток.
Рекомендации по топологии печатных плат импульсных преобразователей
Размещение компонентов и проводников на печатной плате является очень важным для характеристик и даже работоспособности импульсного преобразователя. Быстро изменяющиеся токи в печатных проводниках и паразитные индуктивности возбуждают переходные процессы, которые могут стать проблемой.
Соединения, выделенные на рис. 4, для минимизации паразитной индуктивности необходимо делать на печатной плате настолько короткими, насколько это будет возможно. Например, точку подключения катода диода Шоттки D1 разместить в непосредственной близости от вывода 3 микросхемы, а анод присоединить к объединительной площадке выводов 5-8 М1С4680. Дроссель Ь1 необходимо размещать так, чтобы минимизировать его влияние на цепи обратной связи. Цепи обратной связи во-
обще должны быть оптимально удалены от компонентов, работающих в импульсном режиме.
Для обеспечения электромагнитной совместимости модулей сложных систем с несколькими импульсными источниками питания одним из элементов снижения уровня шумов в шинах питания является применение синхронизации импульсных преобразователей. Когда в системе присутствует множество несинхронных импульсных источников питания, спектр шумов в выходном напряжении очень широк и непостоянен. Кроме того, появляются импульсные помехи на разностных частотах, а устранение низкочастотных помех — существенно более сложная задача.
Во многих семействах преобразователей Мкге1 представлены версии, поддерживающие синхронный режим работы. На вход синхронизации от внешнего источника подаются тактовые импульсы с частотой, превышающей частоту преобразования на 10-50%. Синхронные преобразователи работают на одинаковой и постоянной частоте, регулировка мощности, передаваемой в нагрузку, осуществляется шириной импульса. Единая частота преобразования дает сразу два преимущества. Во-первых, спектр шума постоянный и узкий, его амплитуду можно существенно снизить даже простыми по реализации пассивными фильтрами. Во-вторых, в шумах
отсутствуют резкие выбросы напряжения, которые появляются в результате биения частот несинхронных преобразователей.
Другим способом кардинально снизить уровень шума в выходном напряжении служит включение между импульсным преобразователем и нагрузкой линейного стабилизатора с малым падением напряжения (LDO, о которых было рассказано в первой части публикации). Почти все LDO Мкге1 обладают хорошими характеристиками по подавлению шумов. На рис. 5 изображена схема стабилизированного источника питания, позволяющего снизить шум до уровня ниже 1 мВ. Для более мощных источников питания (на выходной ток до десятков ампер) можно рекомендовать новые контроллеры LDO М1С5190/91, выполняющие функцию активного фильтра и способные снизить уровень шумов более чем на порядок. Такая характеристика достигнута за счет превосходных динамических свойств и дополнительного встроенного усилителя ошибки.
Во многих приложениях необходим источник отрицательного или двуполярного напряжения со средней точкой. На понижающих преобразователях Мкге1 такие схемы реализуются с добавлением минимума компонентов. На рис. 6-7 приведены примеры реализации источника стабилизированного отрицательного напряжения (рис. 6) и двуполярного напряжения со средней точкой (рис. 7).
л
+9У 1о +27У О-----------
С1
ЗЗрР
35У
СЗ А7\1? 135У
С2
0,1^
50У
С4
и1 М1С4685В1? О'ЗЗмР =Р/ 39нН
2 1Ы ВБ
_5 ЕЫ SW
С5
0,01 ^
50У
-3—
01
В240
1330^ г 6,ЗУ
С6 7 =Ь
0,1 мр
50У
аз
—о
J2
-5У/1А(тах)
—О
Рис. 6. Инвертирующий источник питания
+11,2У1о+15У
С1
'\5vF-.
20У
■ Ок, ОЫ9
и1 М1С4680ВМ
N sw
5НГОЫ РВ
Рис. 7. Источник двуполярного питания со средней точкой
+12У/125тА
12У/125тА
нам „,„5„еТ.
Компоненты и технологии, № 9'2004
e-
5
*
5
I
Unregulated DC Input
R1
ZY
5 20kJ
NPUT
MIC4575
V
■n
Ql
FEEDBACK
OUTPUT
ON/OFF
V
Рис. 8. Защитное отключение при низком входном напряжении
Защитное отключение при входном напряжении ниже допустимого уровня
Когда входное напряжение снижается до минимально допустимого, частота и скважность генератора также уменьшаются. Но меньше предельных значений они не могут стать в силу схемотехнического решения на кристалле. Поэтому, если входное напряжение опускается ниже предельного, выходное напряжение становится нестабильным, генератор может остановиться и выходной ключ может оказаться в открытом состоянии, что приведет к короткому замыканию по входу. Многие типы импульсных преобразователей Micrel имеют встроенную схему защиты от низкого входного напряжения (UVLO — Under Voltage LockOut). Но не каждый. Тем не менее реализовать подобную защиту на небольшом количестве внешних компонентов и при наличии входа включения-выключения (функция включения-выключения реализована в каждом преобразователе Micrel) довольно просто. Вариант такой схемы показан на рис. 8. Принцип ее работы заключается в подаче сигнала выключения преобразователя при достижении входным напряжением заданного нижнего предела. Сигнал выключения гарантированно переводит выходной ключ в закрытое состояние, не останавливая встроенный генератор, что позволяет без задержек восстановить выходное напряжение после возвращения рабочих условий эксплуатации.
Повышающие преобразователи напряжения
Повышающий преобразователь генерирует напряжение выше максимального значения входного диапазона. Некоторые повышающие преобразователи Micrel при определенном включении поддерживают также возможность генерировать выходное напряжение и ниже входного. Это, например, MIC2141/42/45/86/96, MIC2288/90/95, MIC3172, которые могут быть включены в конфигурации SEPIC (см. далее). Повышающие преобразователи Micrel, так же
как и описанные выше, включают версии со встроенным или внешним ключом, с функцией синхронизации или без нее.
Высоковольтный преобразователь
Работа фотовспышек и подобных им стробоскопических излучателей основана на разряде высоковольтного конденсатора на лампу. Чтобы обеспечить работу такого устройства от батареи или другого низковольтного источника, необходим преобразователь, повышающий напряжение приблизительно до 300 В. Пример реализации импульсного преобразователя с высоковольтным выходом на повышающем стабилизаторе М1С3172 приведен на рис. 9.
М1С3172 включен по топологии обратноходового преобразователя, высокое напряжение для заряда конденсатора получается с помощью повышающего импульсного трансформатора. Особенностью М1С3172 является возможность перехода в режим ожидания после полного заряда конденсатора. В режиме останова потребление энергии от источника уменьшается до 5-7 мА. Длительность заряда конденсатора 300 мкФ до напряжения 300 В при входном напряжении 5 В составит около 5 секунд. Чтобы сократить длительности заряда примерно до 2,5 секунды для динамичных приложений, можно использовать М1С2171, схожий с М1С3172, но ограничивающий ток через ключ на вдвое большем уровне — около 3,6 А. М1С2171 производится в более крупных корпусах — Т0220 и Т0263 (М1С3172 — в корпусах 801С8 и DIP8).
Генератор отрицательного напряжения
Широко распространенные знакосинтезирующие и графические жидкокристаллические индикаторы для формирования изображения используют динамический (мультиплексный) способ управления пикселями. Это означает, что к каждой точке напряжение прилагается на короткое время. Чтобы достичь заданной контрастности в короткий промежуток времени, размах приложенного напряжения должен быть большим. Обычно он превышает напряжение основного в системе источника питания. Типовая величина для символьных ЖК-инди-каторов составляет 10-13 В, для графических — 15-30 В. Для получения такого размаха множество моделей ЖКИ требует наличия в системе источника отрицательного напряжения (в сумме с величиной напряжения основного источника оно составляет требуемое для обеспечения контрастности). Но если для символьных индикаторов в большинстве приложений достаточно инвертировать напряжение основно-
го источника 5 Вс помощью инвертора-удвоителя, например, Analog Devices ADM8829ART, то для графических индикаторов требуется гораздо большее напряжение. Пример реализации преобразователя положительного напряжения 5 В в регулируемое отрицательное -17,2.-21 В приведен на рис. 10.
SEPIC-конвертер на MIC3172
В зависимости от требований к свойствам преобразователя, таким, как мощность, уровень шумов, максимальный импульсный ток и т. п., ИС конвертера может быть включена в различных конфигурациях. Большинство преобразователей Micrel можно включить с различной эффективностью в любой из конфигураций — как повышающий, понижающий, прямоходовой, обратноходовой, инвертирующий полярность и т. п. Конфигурация SEPIC (Single-Ended Primary Inductance Converter — конвертер на несимметричной первичной обмотке) применяется для получения выходного напряжения, значение которого находится между минимальной и максимальной величинами входного напряжения. То есть при низком входном напряжении конвертер работает как повышающий, а при высоком — как понижающий.
MIC2172/3172 — один из многих преобразователей Micrel, с высокой эффективностью работающих во многих конфигурациях. Пример, приведенный на рис. 11, может быть востребован в приложениях с питанием от батареи из 4 обычных гальванических элементов 1,5 В. По мере их разряда напряжение может снижаться с 6 до 3,6 В, но MIC3172 обеспечит стабильное выходное напряжение 5 В.
DC/DC-преобразователи с изолированной топологией
Реализовать гальванически развязанный источник питания можно практически на любом интегральном импульсном преобразователе. На рис. 12 приведен пример реализации изолированного источника 5 В мощностью 5 Вт, построенного на LM2575.
Но некоторые приложения требуют поддержки большего количества функций. Например, в многоканальных телекоммуникационных линиях каждому модулю требуется гальванически развязанное питание сравнительно небольшой мощности, максимальное подавление помех и наличие развитой системы защит. Компания Micrel предлагает контроллеры DC/DC-преобразователей, оптимизированные для телекоммуникационных приложений — MIC9130 (мощностью до 30 Вт) и MIC9131 (мощностью до 100 Вт). Целый ряд особенно-
V|N
5V
°—т-
ci J+
33^jF -16V
MIC4574BWM
IN SW
SHDN FB
SGND PGND
L1 220рН
Vo ит
—О
Рис. 10. Термокомпенсированный генератор отрицательного напряжения на MIC4574 для жидкокристаллических индикаторов
Компоненты и технологии, № 9'2004
е-
3,6У іо 64
С2
Р1
Па
Ю^ІбУ МВІ^АІЗОНЗ
СІ 10^=^ 16У
'С7
МІС3172
1Ы
БУ/
ЕЫ
РВ
СОМР
БбЫО РвЫй! РОЫР2
—11— з И —і:
У сз +
^ 100^ —к
И ь £ 10У □
Уоит
К1 5У/100тА
49,9к
1?3
16,5к
V
Уоиг-1.24У|1 + §
V
Рис. 11. Включение MIC3172 в конфигурации SEPIC
стей позиционирует эти компоненты для применения в данной области. Среди них:
• Широкий диапазон входного напряжения (до 180 В) позволяет применять М1С9130 и М1С9131 в кабельных системах связи как оте-
чественного (60 В), так и зарубежного (48 В) стандартов.
Высокая частота внутреннего генератора (>2,5 МГц) и функция синхронизации предполагают простые средства фильтрации по-
мех в выходном напряжении и предотвращение появления низкочастотных биений.
• Высокое быстродействие (время реакции на токовый сенсор <50 нс) минимизирует потери энергии в аварийных ситуациях на питаемой линии.
• Низкий ток покоя (1,3 мА), малое потребление в выключенном состоянии (1 мкА), высокий КПД (до 90%), встроенная схема мягкого запуска и схема компенсации остаточной энергии в индуктивности позволяют с успехом применять М1С9130 и М1С9131 для построения экономичных источников питания сложных многомодульных систем.
• Система защиты включает схемы с устанавливаемым порогом срабатывания при снижении как входного, так и выходного напряжения ниже заданного уровня, схему ограничения тока и защитного отключения при перегреве.
На рис. 13 представлен вариант телекоммуникационного источника питания мощностью 60 Вт с КПД 90%, построенный на М1С9131.
В заключение
Рассказать даже только о наиболее интересных импульсных преобразователях М1сге1 и вариантах их применения в рамках одной статьи невозможно. Компания М1сге1 публикует множество открытых материалов по применению, а также программное обеспечение для расчета и подбора компонентов импульсных источников питания на своем сайте www.micrel.com.
В следующей части публикации будут рассматриваться мощные многоразрядные драйверы с регистром-защелкой, драйверы М08БЕТ, ключи питания и драйверы светодиодов от компании Мкге1.
Продолжение следует
для телекоммуникационных систем на MIC9131
нам „,„5„еТ.
