CC BY
87Продолжение. Начало в № 2'2006 I Мощные высоковольтные
микросхемы серии LM5xxx
nsc4@ rtcs.ru I фирмы National Semiconductor
LM5041
ШИМ-контроллер импульсных преобразователей напряжения LM5041 содержит все необходимые функциональные модули для построения источников питания push-pull или мост с режимом управления по току либо по напряжению. Наличие у контроллера нескольких каскадов позволяет строить на его базе источники с несколькими выходными напряжениями либо с высокой выходной мощностью. Выходы HD и LD используются для управления понижающим преобразователем (buck), а выходы PUSH и PULL — для управления преобразователем топологии push-pull. Последние имеют рабочий коэффициент заполнения около 50% и в 2 раза меньшую тактовую частоту по сравнению с понижающим преобразователем. Существует возможность конфигурации выходных сигналов с гарантированным перекрытием (для источников с токовым управлением) либо с «мертвым» временем (для источников с управлением по напряжению).
Силовые МОП-ключи преобразователя push-pull могут управляться непосредственно от выходов встроенных драйверов затворов, понижающий же преобразователь требует внешних драйверов, к примеру, LM5102. Контроллер LM5041 содержит встроенный
высоковольтный пусковой стабилизатор, имеющий широкий диапазон рабочих напряжений — от 15 до 100 В. Высокоскоростной ШИМ-контроллер специально разработан для поддержки рабочих частот до 1 МГц, и имеет при этом суммарную задержку распространения сигнала не более 100 нс. Кроме этого, ИС включает в себя устройство плавного пуска, компаратор просадки входного напряжения, усилитель ошибки, прецизионный источник опорного напряжения и систему защиты от тепловых перегрузок. Типовая схема включения контроллера LM5041 приведена на рис. 1.
Основные характеристики:
• Встроенный пусковой стабилизатор.
• Программируемый порог компаратора просадки входного напряжения (UVLO) с регулируемым гистерезисом.
• Токовый режим управления.
• Встроенный усилитель ошибки и источник опорного напряжения.
• Двухступенчатая защита от превышения максимально допустимого тока.
• Подавление импульсных помех по фронту сигнала (Leading Edge Blanking).
• Регулируемое перекрытие сигналов управления либо «мертвое» время.
• Пиковый ток встроенных драйверов затворов силовых ключей — 1,5 А.
• Программируемый плавный пуск.
• Программируемая частота генератора, возможность синхронизации.
• Прецизионный источник опорного напряжения.
• Защита от перегрева.
• Миниатюрные корпуса TSSOP-16 и LLP-16 (5x5 мм) с улучшенными тепловыми характеристиками.
Области применения:
• Импульсные источники вторичного электропитания для устройств телекоммуникации.
• Промышленные источники питания.
• Автомобильные устройства для использования в системах с напряжением бортовой сети +42 В.
• DC/DC-конвертеры с несколькими выходными напряжениями.
LM5115
ШИМ-контроллер импульсных преобразователей напряжения LM5115 содержит все необходимые функциональные модули для построения источников питания с несколькими выходными напряжениями с использованием технологии дорегулирования на стороне вторичной обмотки (Secondary Side Post Regulation — SSPR). Технология SSPR позволяет получать (с высоким КПД и хорошей стабилизацией) дополнительные выходные напряжения, используя сигналы непосредственно со вторичной обмотки силового трансформатора. Регулировка выходного напряжения осуществляется при помощи ШИМ-управления фронтом сигнала в пределах коэффициента заполнения основного канала. Такой способ управления совместим с управлением в основном канале как по току, так и по напряжению. Контроллер LM5115 совместно с внешними «верхним» и «нижним» силовыми NMOS-ключами образует синхронный понижающий стабилизатор. Усилитель сигнала шунта обеспечивает необходимую защиту от токовых перегрузок, имея большой допустимый диапазон синфазных входных напряжений. Кроме этого, ИС включает в себя стабилизатор напряжения питания с низким падением на проходном элементе (LDO), усилитель ошибки, прецизионный источник опорного напряжения, схему адаптивной регулировки «мертвого» времени и систему защиты от тепловых
Рис. 1. Упрощенная типовая схема построения двухкаскадного импульсного преобразователя напряжения на базе ШИМ-контроллера LM5041
Рис. 2. Упрощенная типовая схема построения двухкаскадного импульсного преобразователя напряжения по топологии SSPR
перегрузок. Типовая схема включения контроллера LM5115 приведена на рис. 2. Основные характеристики:
• Автоматическая синхронизация с выходом основного канала.
• Режим автономной генерации при питании от источника постоянного напряжения.
• ШИМ-модуляция при помощи смещения фронта импульса.
• Режим управления по напряжению с элементами токового управления (current injection) и обратной связью по входным возмущениям (feed-forward).
• Питание ключей от источников постоянного либо переменного напряжения амплитудой до 75 В.
• Широкий диапазон питающего напряжения — от 4,5 до 30 В.
• Широкий диапазон выходных напряжений — от 0,75 до 13,5 В.
• Пиковый ток встроенных драйверов затворов МОП-ключей — 2,5 А.
• Адаптивное управление «мертвым» временем.
• Широкополосный усилитель ошибки (4 МГц).
• Программируемый плавный пуск.
• Защита от перегрева.
• Миниатюрные корпуса TSSOP-16 и LLP-16 (5x5 мм) с улучшенными тепловыми характеристиками.
LM5642
Контроллеры LM5642 состоят из двух понижающих стабилизаторов с синхронным выпрямлением и токовым управлением, работающих в противофазе. Номинальная рабочая частота для LM5642 составляет 200 кГц, для LM5642X — 375 кГц. Парафазный режим
работы позволяет значительно снизить пульсации входного тока, благодаря чему допускается использование входных конденсаторов со значительно меньшей емкостью. Тактовый генератор контроллера обладает возможностью синхронизации с внешним источником частотой от 150 до 250 кГц (для LM5642) и от 200 до 500 кГц (для LM5642X). Кроме этого, имеется возможность включения обоих стабилизаторов в параллельном режиме (так называемый двухфазный преобразователь) на один выход. Выходное напряжение по каждому из каналов независимо регулируется от 1,3 В до 90% входного напряжения. Внутренняя 5-вольтовая шина питания выведена наружу и может быть использована для питания бутстрепных цепей управления затворами (bootstrap). Токовый режим управления обеспечивает высокие характеристики регулирования по входным и выходным возмущениям (line and load regulation) и широкую полосу петлевого усиления, что позволяет добиться высокоэффективной реакции на импульсные изменения
нагрузки. Измерение тока осуществляется либо по падению напряжения на открытом канале силового ключа, либо на внешнем шунте, подключенном последовательно со стоком «верхнего» ключа. Каждый из преобразователей контроллера LM5642 обладает аналоговой схемой плавного запуска, поведение которой не зависит ни от тока нагрузки, ни от величины выходного фильтрующего конденсатора, что определяет более высокую предсказуемость и управляемость такой схемы по сравнению с традиционными решениями для устройств плавного запуска. Каждый из выходов оборудован системой защиты от превышения максимально допустимого напряжения. Кроме этого, использование вывода UVDelay позволяет организовать задержанное отключение преобразователя при критическом снижении питания на выходе. Упрощенная схема включения контроллера LM5642 приведена на рис. 3.
Основные характеристики:
• Два понижающих стабилизатора с синхронным выпрямлением.
• Парафазный режим работы.
• Номинальная рабочая частота 200 кГц (LM5642) либо 375 кГц (LM5642X).
• Синхронизация рабочей частоты в диапазоне 150-250 кГц (LM5642) либо 200-500 кГц (LM5642X).
• Диапазон входных напряжений от 4,5 до 36 В.
• Ток покоя 50 мкА.
• Диапазон регулировки выходного напряжения от 1,3 В до 90% от входного напряжения.
• Регулировка по входным и выходным возмущениям (line and load regulation) 0,04% (типовое значение).
• Токовый режим управления с использованием шунта или без него.
• Независимые входы разрешения (enable) и плавного запуска (soft-start) позволяют легко организовывать требуемую последовательность включения источников питания.
• Может конфигурироваться для параллельной работы двух преобразователей на один выход.
Рис. 4. Упрощенная схема включения ИМС LM5070
• Регулируемое потактовое ограничение тока.
• Компаратор «просадки» входного питания.
• Защита от превышения выходного напряжения.
• Защита от критического понижения выходного напряжения с временной задержкой.
• Защита от перегрева.
• Принудительный разряд выходных конденсаторов при выключении преобразователя.
• Миниатюрный корпус TSSOP.
Области применения:
• Встраиваемые вычислительные системы.
• Навигационное оборудование.
• Телекоммуникационные системы.
• Телевизионные абонентские приставки.
• Устройства доступа в Интернет.
• Системы с распределенным питанием.
LM5070
LM5070 — комбинированная ИМС, содержащая контроллер питания по сети Ethernet и ШИМ-контроллер, которая полностью обеспечивает задачи формирования питающих напряжений для устройств (PD) сетей Power over Ethernet (PoE). LM5070 содержит
встроенный ключ 80 В, 400 мА для подключения линии и соответствующие вспомогательные устройства, что делает ее полностью совместимой со стандартом 1ЕЕЕ 802.3а£ Кроме этого, в состав ИС входит ШИМ-контрол-лер с токовым режимом управления. Благодаря объединению этих устройств в одной
ИС снимается проблема правильной последовательности включения интерфейса контроллера и импульсного источника питания. LM5070 выпускается в двух версиях — одна из них имеет ограничение максимального коэффициента заполнения до 80% и встроенную компенсацию наклона пилы, вторая — ограничение максимального коэффициента заполнения до 50%, а встроенная компенсация наклона пилы отсутствует. Упрощенная схема включения ИМС LM5070 приведена на рис. 4, а ее блок-схема — на рис. 5.
Основные характеристики:
• Полностью совместим со стандартом 802.3af Power Interface Port.
• Встроенный МОП-ключ 80 В, 1 Ом, 400 мА.
• Программируемое ограничение пускового тока.
• Функция отключения резистора детектора нагрузки.
• Программируемый ток нагрузки.
• Программируемый порог компаратора просадки входного напряжения с регулируемым гистерезисом.
• Защита от перегрева.
• ШИМ-регулятор с токовым режимом управления.
• Поддержка гальванически изолированных и неизолированных топологий.
• Встроенные усилитель ошибки и источник опорного напряжения для реализации неизолированной топологии.
• Регулируемая частота тактового генератора.
• Управляемое устройство плавного запуска.
• Ограничение максимального коэффициента заполнения до 80%, компенсация наклона пилы (в устройствах с суффиксом «-80»).
• Ограничение максимального коэффициента заполнения до 50%, компенсация наклона пилы отсутствует (в устройствах с суффиксом «-50»).
• Пиковый ток встроенных драйверов затворов силовых ключей — 0,8 А.
LM5080
LM5080 — недорогой и простой в использовании контроллер распределения нагрузки, обеспечивающий эффективное выравнивание токов при параллельном подключении нескольких источников. В контроллере реализован метод активного регулирования с усреднением (Average Program — AP). Этот метод подразумевает использование плавной подстройки выходных напряжений источников, что обеспечивает равное распределение тока нагрузки по нескольким блокам питания. Управление с усреднением позволяет повысить стабильность системы и снизить пульсации выходного напряжения по сравнению с традиционными методами распределения нагрузки. LM5080 поддерживает два основных режима — с использованием внешнего шунта и регулировкой тока, выдаваемого каждым из источников в общую линию, а также вариант со встраиванием контроллера распределения нагрузки в цепь ОС регулировки напряжения каждого из модулей питания. Пример включения LM5080 по первому из вариантов приведен на рис. 6.
Основные характеристики:
• Распределение токов с усреднением и регулировкой.
• Объединение источников в общую цепь по топологии «звезда».
• Не требует внешних прецизионных резисторов.
• Напряжение питания от 3 до 15 В.
• Измерение тока в положительной либо отрицательной шине питания.
• Гибкая архитектура, поддержка четырех режимов функционирования:
- регулировка с использованием внешнего шунта и управления в отрицательной шине питания;
- регулировка с использованием внешнего шунта и управления в положительной шине питания;
- регулировка по опорному напряжению источника питания;
- регулировка с помощью делителя напряжения ОС источника питания.
• Миниатюрный корпус М80Р-8, в том числе без содержания свинца. ■
Окончание следует.
