Імпульсні джерела живлення VIPer від STMicroelectronics - Джерела живлення - Придністровський
Табл. 1. Основні характеристики мікросхем VIPer від STMicroelectronics
У пристроях сімейства VIPer в одній мікросхемі інтегровано високовольтний (700 В) МОП-транзистор і контролер широтно-імпульсної модуляції (ШІМ). Мікросхеми VIPer включають всі функції, необхідні для побудови імпульсного джерела електроживлення: потужний МОП-транзистор, ШІМ-контролер, високовольтний ланцюг запуску, ланцюги компенсації і захисту по струму і температурі. Конструктивно мікросхема виконана в 5-вивідному корпусі Pentawatt (ТО-220-5) або корпусі для поверхневого монтажу PowerSO-10. Корпус PowerSO-10 - фірмова технологія STM, він забезпечує чудове відведення тепла, його тепловий опір становить 50оС/Вт. Блок-схема ШІМ-контролерів сімейства VIPer та схемотехнічна побудова джерела живлення на базі VIPer100 наведені на рис.1 і 2. Інтеграція в одному кристалі ШІМ-контролера та високовольтного МОП-транзистора дозволяє значно підвищити надійність мікросхем сімейства VIPer за рахунок зменшення числа компонентів системи та вбудованих у мікросхему схем захисту від перевантаження по струму та перегріву. Зменшення числа компонентів та спрощення конструювання дозволяють також знизити загальну вартість розробки та виробництва джерел живлення. Спрощення проектування зменшує ймовірність паразитного збудження та пульсацію вихідної напруги, що нерідко буває внаслідок невдалого розташування елементів та друкованих провідників на платі.
Мал. 1. Блок-схема ШІМ-контролерів сімейства VIPer
Мал. 2. Схемотехнічна побудова джерела живлення на базі VIPer100
• регульована частота перемикання – від 0 до 200 кГц; • режим струмового регулювання; • м'який старт; • споживання від мережі змінного струму менше 1 Вт у черговому режимі; • вимкнення при зниженні напруги живлення у разі короткого замикання (КЗ) або перевантаження струмом; • інтегрований у мікросхему ланцюг запуску; • автоматичний перезапуск; • захист від перегріву; • регульоване обмеження струму.
Переваги
Як і в аналогічних мікросхемах сімейства TOPSwitch виробництва фірми Power Integrations, у мікросхемах сімейства VIPer застосовується режим регулювання струму. Використовується дві петлі зворотного зв'язку - внутрішня петля контролю струму і зовнішня петля контролю напруги. Коли МОП-транзистор відкритий, значення струму первинної обмотки трансформатора відстежується датчиком SenseFET і перетворюється на напругу, пропорційну струму. Коли ця напруга досягає величини, що дорівнює Vcomp (напруга на виведенні COMP - вихідна напруга підсилювача помилки), транзистор закривається. Таким чином, зовнішня петля регулювання напруги визначається величиною, при якій внутрішня струмова петля вимикає високовольтний ключ .
Режим струмового регулювання гарантує гарне обмеження у разі КЗ. У цьому випадку відбувається зниження напруги обмотки зворотного зв'язку, і таким чином Vdd (напруга на виводі VDD) досягає рівня 8 В. При цьому спрацьовує захист від зниження напруги UVLO, і транзистор закривається. Включається високовольтний джерело струму, що запускає, який заряджає зовнішній конденсатор С4 (рис. 2) до рівня 11 В (відповідно, від ємності С4 буде залежати час перезапуску), при якому відбувається спроба включення джерела живлення в робочий режим.
За бажання внутрішньо обмежений піковий струм можна зменшити, обмежуючи напругу на виведенніVcomp, що зручно для дистанційного вимкнення всього джерела живлення за зовнішнім сигналом.
Важливою перевагою сімейства VIPer є надзвичайно широкий діапазон робочого циклу – від 0 до 90%. Відомо, що мікросхеми Power Integrations сімейства TOPSwitch вимагають невелике баластне навантаження під час роботи в режимі холостого ходу, щоб джерело живлення не вийшло за межі регулювання.
У VIPer цей недолік відсутній. Перебуваючи в режимі холостого ходу, вони переходять в режим окремих імпульсів струму, що дозволяє здійснити регулювання вторинної обмотки. При цьому напруга на допоміжній обмотці перевищує 13 і переводить підсилювач помилки в стан логічного нуля. Транзистор вимикається і джерело живлення працює практично з нульовим робочим циклом. Коли Vdd досягає порогу включення, пристрій знову вмикається на короткий час. Ці цикли повторюються з пропуском періодів перемикання, і еквівалентна робоча частота у такому режимі набагато менше, ніж у нормальному режимі, що призводить до значного зменшення споживання енергії від мережі змінного струму. Черговий режим роботи відповідає німецькому стандарту Blue Angel (споживання енергії менше 1 Вт для систем у режимі Stand-by).
Ще однією важливою перевагою VIPer є регульована частота перетворення до 200 кГц за допомогою зовнішнього RC-ланцюжка. Тактова частота 200 кГц дозволяє зменшити габарити трансформатора і вихідного LC-фільтра, що згладжує, а значить і всього джерела живлення в цілому. Також висновок OSC дозволяє синхронізувати джерело живлення від зовнішнього джерела сигналу.
Не можна не відзначити і покращені теплові характеристики мікросхем сімейства VIPer порівняно з сімейством TOPSwitch Power Integrations. Тепловий опірRJA VIPer корпусу Pentawatt досягає 60ºC/Вт, а корпуси PowerSO-10 – 50ºC/Вт. При цьому корпус PowerSO-10 дуже зручний при застосуванні технології поверхневого монтажу і може бути встановлений на контактний мідний майданчик на поверхні друкованої плати широкою підкладкою, з'єднаною зі стоком потужного транзистора.
Останніми розробками є нові мікросхеми сімейства VIPer. Це VIPer20AII, VIPer50AII з частотою перемикання до 300 кГц, а також VIPer12А з фіксованою частотою перемикання 50 кГц та максимальною вихідною потужністю 12 Вт у корпусах DIP-8 та SO-8. Цікаво порівняти технічні характеристики двох схожих сімейств високовольтних ШІМ-контролерів TOPSwitch фірми Power Integrations та VIPer фірми STMicroelectronics (табл. 2).
Табл. 2. Порівняльні характеристики VIPer та TOPSwitch
* VDS - напруга стік-витік; RDS ON MAX – опір ключа у відкритому стані; ILIMI – поріг обмеження пікового струму; F – частота перемикання; RJA - тепловий опір переходу кристал - навколишнє середовище; D – робочий цикл; ISUPPLY – струм власного споживання мікросхеми.
Області застосування
Практична реалізація
Фірма STMicroelectronics надає розробникам пакети автоматизованого розрахунку параметрів джерела живлення з урахуванням VIPer (VIPerXXX Design Software). При використанні спеціального програмного забезпеченняVIPerSoftware розробка ще більше спрощується, яке може бути безкоштовно надане розробникам. Інтуїтивно зрозумілий інтерфейс програми дозволяє задати будь-який з параметрів розрахунку стабілізатора (аж до температури сердечника трансформатора), отримати на виході готову схему та перелік елементів та переглянути параметри роботистабілізатора у вигляді осцилограм та графіків.