КОСМОДРОМ - Электронные компоненты для разработки и производства - Харьков - Украина


 


Как купить...     


 

 

EnglishRussianUkrainian

Обратите внимание: запущена новая версия сайта

Перейти в корзину
 

Управление питанием от Texas Instruments
 

Импульсные понижающие DC/DC-преобразователи с интегрированным MOSFET-транзистором – одно из самых популярных решений для управления питанием. Высокий КПД, широкий диапазон входного напряжения, высокий выходной ток и компактные размеры источника питания – все это можно реализовать с помощью семейства преобразователей SWIFT™ компании Texas Instruments.

Выбор данного семейства преобразователей в качестве темы обсуждения обусловлен тем, что они подходят для широкого круга применений - от устройств с батарейным питанием до систем промышленной автоматики и телекоммуникационных устройств. Еще одной причиной выбора достаточно узкой тематики является то, что охватить все DC/DC-преобразователи в рамках одной статьи практически невозможно, на данный момент их у TI более 600! Мы попытаемся осветить общие критерии выбора того или иного преобразователя, некоторые проблемы, которые встают перед разработчиком при проектировании DC/DC-источника питания, показать интересные варианты их применения и технические особенности, которые отличают решения TI от решений других производителей.

Смотри так же управление питанием от Texas Instruments
- Понижающие DC/DC с интегрированным ключом для промышленной автоматики

Эволюция современных DC/DC-преобразователей идет по пути уменьшения габаритов конечного источника питания и повышения его эффективности. Требования по габаритам приводят к тому, что на рынке появляется все больше и больше преобразователей с высокой частотой преобразования (свыше 1 МГц) и MOSFET-ключом, расположенным на одном кристалле с контроллером. В первую очередь повышение частоты позволяет уменьшить габариты дросселя, однако при этом приходится ответственно подойти к выбору этого дросселя.

На практике на частотах преобразования свыше 300 кГц уже встает необходимость применения дросселей с особыми техническими характеристиками для обеспечения работы на высоких частотах. Компания Sumida, например, в своей линейке дросселей CDEP использует плоский провод с прямоугольным сечением для уменьшения скин-эффекта на высоких частотах. Отличным выбором высокочастотного дросселя является серия IHLP от компании Vishay, благодаря применению в них специальных неферритовых материалов удалось расширить диапазон рабочих частот до 5 МГц!

Таблица 1. Семейство преобразователей SWIFTTM  

Наименование

Uвх., В

Uвых., В

Iвых., А

Iсобств., мА

Синхр. выпр.

Fраб., кГц

Eco-mode™

Корпус

купить - жми на ссылку ниже

TPS5401/54040

3,5...42

0,8...39

0,5

0,116

–

100...2500

+

10MSOP PowerPAD

TPS54140/240

3,5...42

0,8...39

1,5/2,5

0,116/0,138

–

300...2500

+

10MSOP PowerPAD

TPS54060

3,5...60

0,8...57

0,5

0,116

–

100...2500

+

10MSOP PowerPAD, 10SON

TPS54160/260

3,5...60

0,8...57

1,5/2,5

0,116/0,138

–

300...2500

+

10MSOP PowerPAD, 10SON

TPS5410/20/30/50

5,5...36

1,23...31

1/2/3/5

3

–

500

–

8SOIC/8SO PowerPAD

TPS54225/325/425

4,5...18

0,76...5,5

2/3/4

0,8/0,85/0,85

+

700

–

14HTSSOP

TPS54226/326/426

4,5...18

0,76...5,5

2/3/4

0,8/0,85/0,85

+

700

+

14HTSSOP, 14QFN

TPS54320

4,5...17

0,8...15

3

0,6

+

200...1200

–

14QFN

TPS54620

4,5...17

0,8...15

6

0,6

+

200...1600

–

14QFN

TPS54327

4,5...18

0,76...7

3

0,85

+

700

–

8SO PowerPAD

TPS54328

4,5...18

0,76...7

3

0,85

+

700

+

8SO PowerPAD

TPS54350/550

4,5...20

0,9...12

3/6

5/9

+

250...700

–

16HTSSOP

TPS54521

4,5...17

0,8...15

5

0,6

+

200...900

–

14QFN

TPS54233

3,5...28

0,8...25

2

0,11

–

300

+

8SOIC

TPS54231/331

3,5...28

0,8...25

2/3

0,11

–

570

+

8SOIC

TPS54232/332

3,5...28

0,8...25

2/3,5

0,11

–

1000

+

8SOIC/8HSOIC PowerPAD

TPS56121/221

4,5 -14

0,6...12

15/25

2,5

+

300...1000

–

22SON

TPS54283/286

4,5...28

0,8...25,2

2 + 2*

1,8

–

300/600

–

14HTSSOP

TPS54383/386

4,5...28

0,8...25,2

3 + 3*

1,8

–

300/600

–

14HTSSOP

TPS55383/386

4,5...28

0,8...25,5

3 + 3*

1,8

–

300/600

–

16HTSSOP

TPS5429x

4,5...28

0,8...25,5

2,5 + 1,5*

1,65

–

300, 600, 1200

–

16HTSSOP

TPS54110/310

3...6

0,9...4,5

1,5/3

4,2/6,2

+

280...700

–

20HTSSOP

TPS54610

3...6

0,9...4,5

6

11

+

280...700

–

28HTSSOP

TPS54218/318 /418/618

2,95...6

0,8...4,5

2/3/4/6

0,35

+

200...2000

–

16QFN

TPS54317/337

3...6

0,9...3,3

3

6,2

+

280...1600

–

24VQFN

TPS54010

2,2...4

0,9...2,5

14

13

+

280...700

–

28HTSSOP

TPS54610

3...6

0,9...4,5

6

11

+

280...700

–

28HTSSOP

TPS54810

4...6

0,9...3,3

8

11

+

280...700

–

28HTSSOP

TPS54910

3...4

0,9...2,5

9

11

+

280...700

–

28HTSSOP

TPS54319

2,95...6

0,82...4,5

3

0,36

+

300...2000

–

16QFN

TPS54617/917

3...6/4

0,9...3,3/2,5

6/9

11

+

280...1600

–

34VQFN

TPS84620

4,5...14,5

1,2...5,5

6

 

+

480...780

–

BQFN

* – два выходных канала.

 

Для обеспечения высокой эффективности источника питания Texas Instruments применяет ряд технических решений. Во-первых, это использование встроенного MOSFET-транзистора с низким значением сопротивления «сток-исток» в открытом состоянии Rds(on) и малым значением суммарного заряда затвора (Qg). Во-вторых, для приложений, где требуется высокий ток нагрузки и малое значение выходного напряжения, TI предлагает преобразователи с синхронным выпрямлением. В-третьих, для сохранения высокой эффективности на малых токах нагрузки в ряде преобразователей предусмотрен режим Eco-modeTM - при сохранении постоянной тактовой частоты в режиме малой нагрузки преобразователь «пропускает» часть управляющих импульсов (pulse skipping). Еще одной важной составляющей эффективности DC/DC-источника питания, которой уделяют внимание многие производители, в том числе и TI, является собственное потребление микросхемы преобразователя.

Графическое сравнение эффективности преобразователей с синхронным и несинхронным выпрямлением представлено на рисунках 1 и 2. В качестве примера приведены: TPS54331 (несинхронное выпрямление) и TPS54325 (синхронное выпрямление). Разница в эффективности на малых токах нагрузки связана, прежде всего, с большим влиянием потерь на переключение в синхронном преобразователе, а также с тем, что на малых нагрузках TPS54331 переходит в режим Eco-modeTM (рисунок 1).

 

Сравнение эффективности TPS54331 и TPS54325 при Uвых = 2,5 В

 

Рис. 1. Сравнение эффективности TPS54331 и TPS54325 при Uвых = 2,5 В

  На больших токах преобразователь с синхронным выпрямлением имеет более высокий КПД при малых значениях выходного напряжения (рисунок 2) в силу того, что у несинхронного прямое падение напряжения на диоде становится сравнимо со значением выходного напряжения.  

Сравнение эффективности TPS54331 и TPS54325 при Uвых = 1,5 В

  Рис. 2. Сравнение эффективности TPS54331 и TPS54325 при Uвых = 1,5 В

Резюмируя вышесказанное, можно сделать вывод, что при выборе типа преобразователя следует сначала оценить характер нагрузки. Характеристики эффективности в зависимости от тока нагрузки, входного и выходного напряжений приведены в документации на любой преобразователь TI.

Семейство преобразователей SWIFTTM представлено в таблице 1.

Остановимся на описании наиболее интересных новинок. TPS5401 и TPS54060/160/260 в первую очередь выделяются очень широким диапазоном входного напряжения от 3,5 до 60 В и выходным током до 2,5 А у TPS54260. Частоту преобразования можно установить в диапазоне от 100 кГц до 2,5 МГц с помощью внешнего резистора. Не секрет, что многие производители (ST, ONS и другие) расширяют свои линейки DC/DC-преобразоваталей за счет выпуска микросхем со все более широким входным диапазоном напряжения и высоким выходным током, но TPS54260 на данный момент является безусловным лидером по соотношению этих параметров.
Эти выдающиеся характеристики использованы в полной мере в схеме на рисунке 3. Данная схема позволяет увелить ток нагрузки емкостного преобразователя напряжения, который очень часто используется в счетчиках электроэнергии, при этом такое решение привлекательно низкой себестоимостью. Повышение допустимого тока нагрузки особенно актуально в современных счетчиках, в которых применяются продвинутые интерфейсы (например, радиоканал).

 

 

Схема для увеличения выходного тока преобразователя на гасящем конденсаторе

  Рис. 3. Схема для увеличения выходного тока преобразователя на гасящем конденсаторе

 

Коротко поясним суть этой схемы. Полная мощность в вольт-амперах P(ВА) = URMS x IRMS. Для выполнения требований по ограничению собственного потребления счетчика 4ВА при напряжении сети 220В IRMS необходимо ограничить значением 17,4мА. При этом входная емкость вычисляется по формуле: С1= IRMS/(URMS x 2pf). При частоте сети 50Гц: C1 ≥ 240нФ. Постоянный ток на входе DC/DC-преобразователя после однополупериодного выпрямителя: IвхDC= (IAC x √2)/p. При IRMS= 17,4мА: IвхDC= 7,8мА. Для линейного стабилизатора IвыхDC= IвхDC, поэтому такой вариант источника питания может использоваться только для простейших счетчиков, у которых максимальный ток потребления находится в пределах 8мА.

Для импульсного преобразователя: IвыхDC = Pвых/Uвых, Pвых = Pвх x h, Pвх = UвхDC x IвхDC.

Таким образом, при использовании импульсного DC/DC-преобразователя выходной ток IвыхDC является функцией, зависящей от UвхDC и КПД. Собственно говоря, для большего выходного тока необходимо большее входное напряжение. На практике мы имеем результаты, показаные в таблице 2. Поскольку TPS5401 имеет максимальное входное рабочее напряжение 42 В, а TPS54060 - 60 В, то при использовании последнего можно получить более высокое значение выходного тока.


Таблица 2. Сравнение линейного и импульсных регуляторов в схеме с гасящим конденсатором  

Параметры

Iвых(max), мА (лин. рег.)

Iвых(max), мА TPS5401

Iвых(max), мА TPS54060

Pвых. < 4 В•А

8

35

49

Pвых. < 8 В•А

16

109

137

Еще одним интересным вариантом применения DC/DC-преобразователя серии SWIFTTM является источник питания мощных светодиодов с возможностью аналогового и ШИМ-димминга на базе TPS54160 (рисунок 4).  

Понижающий драйвер светодиодов на TPS54160

Рис. 4. Понижающий драйвер светодиодов на TPS54160


Данная схема примечательна прежде всего малым количеством элементов обвязки и возможностью использовать только керамические конденсаторы, отказавшись от электролитов. Схема расчитана на входное напряжение 24 В и номинальное выходое напряжение 14,8 В при токе 700 мА. Таким образом, возможно подключение одной линейки из четырех светодиодов последовательно в режиме 700 мА или двух линеек по 350 мА параллельно (например, светодиоды серий MX6 и MX3 от CREE, соответственно). Подробное описание можно найти по ссылке http://focus.ti.com/lit/an/slva374/slva374.pdf.

Для удобства расчета собственного источника питания светодиодов на базе TPS54x60 TI предлагает программу, реализованную в виде excel-файла, которая доступна по ссылке: http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/leddriver60vswift-calc.html.

Описанные выше примеры показывают, насколько разнообразными могут быть варианты применения одного и того же DC/DC-преобразователя вообще и семейства SWIFTTM в частности. В заключительной части статьи хотелось бы обратить внимание на позиции, обладающие впечатляющими характеристиками по величине выходного тока.

TPS54620 - выходной ток до 6 А, при достаточно широком входном и выходном диапазонах напряжений и максимальной частоте преобразоваиния до 1,6 МГц.

TPS56221 - выходной ток до 25 А! Выпускается в корпусе 22SON. Выход этой микросхемы стал возможен в связи с приобретением Texas Instruments компании Ciclon Semiconductor, которая являлась производителем MOSFET-транзисторов по технологии NexFETTM с самыми низкими значениями суммарного заряда затвора и сопротивления «сток-исток». Эти транзисторы интегрированы на кристалле преобразователя.

На данный момент финальным аккородом в эволюции DC/DC-преобразователей TI становится TPS84620. Фактически это микросхема-модуль, в которой интегрированы: контроллер с синхронным выпрямлением + MOSFET-транзисторы (по сути TPS54620), дроссель и часть остальной пассивной обвязки. Этот модуль обеспечивает выходной ток до 6 А, и все это в компактном корпусе BQFN (рисунок 5).  

Внешний вид TPS84620

Рис. 5. Внешний вид TPS84620

 
 


Поставляемые компоненты










^ Наверх

Электронные компоненты для разработки и производства. Харьков, Украина

  Украинский хостинг - UNIX хостинг & ASP хостинг

радиошоп, radioshop, радио, радиодетали, микросхемы, интернет, завод, комплектующие, компоненты, микросхемы жки индикаторы светодиоды семисегментные датчики влажности преобразователи источники питания тиристор симистор драйвер транзистор, диод, книга, приложение, аудио, видео, аппаратура, ремонт, антенны, почта, заказ, магазин, интернет - магазин, товары-почтой, почтовые услуги, товары, почтой, товары почтой, каталог, магазин, Internet shop, база данных, инструменты, компоненты, украина, харьков, фирма Космодром kosmodrom поставщики электронных компонентов дюралайт edison opto светодиодное освещение Интернет-магазин радиодеталей г.Харьков CREE ATMEL ANALOG DEVICES АЦП ЦАП