Превключващи захранвания VIPer от STMicroelectronics

Раздел. 1. Основни характеристики на чиповете VIPer от STMicroelectronics

В устройствата от семейство VIPer в една микросхема са интегрирани MOS транзистор с високо напрежение (700 V) и контролер за модулация с широчина на импулса (PWM). Микросхемите VIPer включват всички функции, необходими за изграждане на импулсно захранване: мощен MOS транзистор, ШИМ контролер, стартова верига под високо напрежение, компенсационни и защитни вериги за ток и температура. Структурно микросхемата е направена в 5-оловен пакет Pentawatt (TO-220-5) или в пакет PowerSO-10 за повърхностен монтаж. Калъфът PowerSO-10 е собственост на STM, осигурява отлично разсейване на топлината, термичното му съпротивление е 50 ° C/W. Блоковата схема на ШИМ контролерите от фамилията VIPer и схемата на захранването на базата на VIPer100 са показани на фиг. 1 и 2.
Интегрирането на PWM контролер и високо напрежение MOSFET в един кристал може значително да увеличи надеждността на семейството микросхеми VIPer чрез намаляване на броя на системните компоненти и вградени вериги за защита от претоварване и прегряване. Намаляването на броя на компонентите и опростяването на дизайна може също да намали общите разходи за разработване и производство на захранвания. Опростяването на дизайна намалява вероятността от паразитно възбуждане и пулсации на изходното напрежение, което често се дължи на лошото разположение на елементи и печатни проводници на платката.

Фигура: 1. Блок схема на ШИМ контролери от фамилията VIPer

Фигура: 2. Схематична конструкция на захранване на базата на VIPer100

• регулируема честота на превключване - от 0 до 200 kHz;
• режим на текущо регулиране;
• мек старт;
• консумация от променливотоковото захранване под 1 W в режим на готовност;
• изключване при падане на захранващото напрежение в случай на късо съединение (SC) или свръхток;
• интегриран в микросхемата стартова верига;
• автоматично рестартиране;
• защита от прегряване;
• регулируемо ограничение на тока.

Ползи

Както при подобни микросхеми от семейството TOPSwitch, произведени от Power Integrations, микросхемите VIPer използват текущия режим на управление. Използват се два контура за обратна връзка - вътрешен контур за управление на тока и външен контур за управление на напрежението. Когато MOSFET е включен, първичният ток на трансформатора се наблюдава от SenseFET и се преобразува в напрежение, пропорционално на тока. Когато това напрежение достигне стойност, равна на Vcomp (напрежението на щифта COMP е изходното напрежение на усилвателя за грешка), транзисторът се изключва. По този начин външният контур за регулиране на напрежението се определя от стойността, при която вътрешният контур на тока изключва превключвателя за високо напрежение .

Настоящият режим на регулиране гарантира добро ограничение в случай на късо съединение. В този случай напрежението на намотката с обратна връзка намалява и по този начин Vdd (напрежението на щифта VDD) достига ниво от 8 V. В същото време се задейства защитата срещу понижено напрежение на UVLO захранването и транзисторът се затваря . Включва се източник на стартов ток под високо напрежение, който зарежда външния кондензатор C4 (фиг. 2) до ниво от 11 V (съответно времето за рестартиране ще зависи от капацитета C4), при което се прави опит за завъртане на източника на захранване в режим на работа.

При желание вътрешно ограниченият пиков ток може да бъде намален чрез ограничаване на напрежението на щифта Vcomp, което е удобно за дистанционно изключване на цялото захранване от външен сигнал.

Важно предимство на семейство VIPer е изключително широкият обхват на работния цикъл от 0 до 90%. Известно е, че интеграциите на захранване от фамилия TOPSwitch изискват ниско баластно натоварване по време на работа на празен ход, за да се запази захранването под контрол.

VIPer няма този недостатък. В режим на празен ход те преминават в режим на отделни токови импулси, което прави възможно регулирането на вторичната намотка. В този случай напрежението на спомагателната намотка надвишава 13 V и прехвърля усилвателя за грешка в състояние на логическа нула. Транзисторът се изключва и захранването работи при почти нулев работен цикъл. Когато Vdd достигне прага на включване, устройството се включва отново за кратко. Тези цикли се повтарят с пропуснати периоди на превключване и еквивалентната работна честота в този режим е много по-ниска, отколкото в нормалния режим, което води до значително намаляване на консумацията на променлив ток. Режимът на готовност е в съответствие с немския стандарт Blue Angel (консумация на енергия по-малка от 1 W за системи в режим на готовност).

Друго важно предимство на VIPer е регулируемата честота на преобразуване до 200 kHz с помощта на външна RC верига. Тактова честота от 200 kHz позволява да се намали размерът на трансформатора и изходния изглаждащ LC филтър, а оттам и цялото захранване като цяло. Също така, OSC щифтът ви позволява да синхронизирате захранването от външен източник на сигнал.

Не може да не отбележим подобрените топлинни характеристики на микросхемите VIPer в сравнение със семейството TOPSwitch Power Integrations. Термичното съпротивление на RJA VIPer на заграждението Pentawatt достига 60 ° C/W, а това на заграждението PowerSO-10 достига 50 ° C/W. В същото време пакетът PowerSO-10 е много удобен при използване на технология за повърхностно монтиране и може да бъде инсталиран върху медна контактна подложка на повърхността на печатната платка с широка основа, свързана към дренажа на мощен транзистор.

Последните разработки са нови чипове на семейство VIPer. Това са VIPer20AII, VIPer50AII с честота на превключване до 300 kHz, както и VIPer12A с фиксирана честота на превключване 50 kHz и максимална изходна мощност 12 W в DIP-8 и SO-8 пакети. Интересно е да се сравнят техническите характеристики на две подобни семейства PWM контролери за високо напрежение TOPSwitch от Power Integrations и VIPer от STMicroelectronics (Таблица 2).

Раздел. 2. Сравнителни характеристики на VIPer и TOPSwitch

* VDS - напрежение източник-източник; RDS ON MAX - ключово съпротивление в отворено състояние; ILIMI - праг за ограничаване на пиковия ток; F - честота на превключване; RJA - термично съпротивление на прехода кристал-среда; D - работен цикъл; ДОСТАВКА - текуща консумация на микросхемата.

Области на употреба

Практическо изпълнение

STMicroelectronics предоставя на разработчиците пакети за автоматизирано изчисляване на параметрите на захранването въз основа на VIPer (софтуер за проектиране VIPerXXX). Когато използвате специален софтуер VIPer Софтуер разработката е допълнително опростена, която може да бъде предоставена на разработчиците безплатно. Интуитивният интерфейс на програмата ви позволява да зададете всеки от параметрите за изчисляване на стабилизатора (до температурата на сърцевината на трансформатора), да получите готова схема и списък с елементи на изхода и да видите параметрите на стабилизатор под формата на осцилограми и графики.