Микросхемы dc dc преобразователей: Интегральные DC/DC-преобразователи напряжения | Силовая электроника

Интегральные DC/DC-преобразователи напряжения | Силовая электроника

Введение

В последние годы производители электронных компонентов все чаще используют контрактное производство полупроводниковых приборов. В таких компаниях работают высококлассные специалисты — разработчики и схемотехники, а производство готовых изделий размещается на лучших мировых фабриках, оснащенных самым современным оборудованием. Это связано с очевидными преимуществами, которые получает компания-разработчик:

• резкое снижение накладных расходов, связанных с содержанием собственного высокотехнологичного производства;
• возможность выбора лучших контрактных производителей для обеспечения высокого качества изделий;
• сосредоточение усилий на разработке новых изделий и технологий;
• гарантия длительного жизненного цикла приборов;
• высокая динамика производства, как следствие — низкие сроки поставки продукции конечным потребителям;
• относительно низкая численность сотрудников и одновременно высокий профессиональный уровень.

Все это дает возможность значительно снизить себестоимость изделий и, как следствие, цену для конечного потребителя, обеспечивая при этом высокое качество и передовые схемотехнические решения.

Ярким примером такой компании является Monolithic Power Systems (MPS). MPS была образована в 1997 году в Санта Клара (США). В настоящее время компания насчитывает около 100 человек, среди ее инвесторов — Bank of America, Investar, Aser Venture. Являясь держателем 18 патентов в области технологий BiCMOS и DMOS, компания специализируется на разработке и контрактном производстве силовых интегральных схем для источников питания постоянного тока, твердотельных источников света, драйверов люминесцентных ламп с холодным катодом и аудиоусилителей класса D. В перспективе MPS планирует разработку интегральных контроллеров сетевых источников питания. Передовые технологические решения позволяют интегрировать на одном кристалле цифровые схемы управления, прецизионные аналоговые компоненты и силовые транзисторы и достичь высокой плотности мощности при сверхмалых размерах интегральных схем.

В данной статье будет рассмотрена линейка интегральных схем для источников питания постоянного тока.

 

Понижающие DC/DC-преобразователи напряжения

Все микросхемы этой группы имеют интегрированные мощные ключи и упакованы в малогабаритные корпуса для поверхностного монтажа. Кроме того, конверторы имеют цепь компенсации усилителя сигнала ошибки, специально адаптированную для применения недорогих танталовых конденсаторов на выходе преобразователя напряжения.

Понижающие DC/DC-преобразователи напряжения делятся на две группы: преобразователи напряжения с синхронным выпрямлением и с внешним диодом Шоттки.

Понижающие DC/DC-преобразователи напряжения с синхронным выпрямлением

Номенклатура и краткие электрические характеристики микросхем первой группы приведены в таблице 1.

По уровню выходной мощности семейство преобразователей напряжения первой группы открывает микросхема MP2104. Она выпускается в трех модификациях: с регулируемым выходным напряжением (MP2104DJ), с фиксированным выходным напряжением 1,5 В (MP2104DJ-1. 5) и с фиксированным выходным напряжением 1,8 В (MP2104DJ-1.8). Микросхема упакована в миниатюрный корпус SOT23-5 и обеспечивает ток нагрузки до 600 мА. Схема включения и типовой КПД преобразователя напряжения на базе MP2104DJ-1.8 показаны на рис. 1, структурная схема — на рис. 2.

Микросхема оптимизирована для построения преобразователей напряжения с питанием от одной Li-Ion-батареи, где высокая эффективность и малые габариты имеют принципиальное значение. Контроллер построен по схеме ШИМ-регулятора с постоянной частотой преобразования (1,7 МГц), ограничением тока внутри циклов и компенсацией крутизны наклона пилообразного напряжения. В преобразователе напряжения реализована функция защиты от короткого замыкания (КЗ) в нагрузке. В режиме КЗ частота преобразования уменьшается для предотвращения увеличения тока через p-канальный ключевой транзистор сверх величины тока ограничения. Ток ограничения при этом также уменьшается, что приводит к ограничению тока КЗ до безопасной величины. После устранения КЗ все режимы автоматически возвращаются в исходное состояние, как только напряжение ОС возрастет до уровня более 0,6 В.

В микросхеме имеется тепловая защита, отключающая контроллер при увеличении температуры кристалла свыше 145 °С.

Контроллеры с фиксированным выходным напряжением имеют встроенный прецизионный делитель на входе усилителя сигнала ошибки (УСО) (рис. 2). В контроллере с регулируемым выходным напряжением вход УСО выведен напрямую на вывод FB, а установка требуемого напряжения осуществляется внешним делителем.

На рис. 3 показан фрагмент печатной платы с преобразователем напряжения на базе MP2104DJ. Благодаря высокой частоте преобразования площадь компонентов на плате не превышает 1 см²

Рис. 3. Фрагмент печатной платы с преобразователем напряжения на базе MP2104DJ

Модификацией предыдущей микросхемы является контроллер MP2105DJ. Он тоже имеет типовой КПД до 95% и аналогичную MP2104DJ структурную схему, но благодаря более мощным ключевым транзисторам обеспечивает выходной ток до 800 мА.

Контроллер MP2109DQ является сдвоенной версией MP2105DJ. На одном кристалле размещены два независимых канала, полностью идентичных по структуре MP2104 (рис. 2). Схема включения MP2109DQ и типовой КПД преобразователя напряжения показаны на рис. 4. Микросхема обеспечивает в каждом канале ток нагрузки до 800 мА и упакована в миниатюрный корпус для поверхностного монтажа QFN10 (3Ч3 мм), что в сочетании с высокой частотой преобразования (1,2 МГц) позволяет минимизировать площадь на печатной плате (рис. 5).

Рис. 5. Оценочная плата преобразователя напряжения MP2109DQ

Линейку преобразователей напряжения повышенной мощности открывает микросхема MP1567. Она выпускается в двух вариантах корпусов для поверхностного монтажа — MSOP10 и QFN10. Схема включения и типовой КПД преобразователя напряжения на базе MP1567 показаны на рис. 6, структурная схема — на рис. 7.

Микросхема имеет два встроенных силовых транзистора с сопротивлением канала 180 мОм (n-MOSFET) и 220 мОм (p-MOSFET), что позволяет обеспечить ток нагрузки до 1,2 А. В отличие от менее мощных серий, MP1567 обеспечивает режим ограничения тока в обоих ключах в каждом цикле преобразования. Поскольку для управления верхним транзистором требуется напряжение, превышающее уровень входного, в микросхеме имеется бустерная схема питания драйвера с внутренним диодом и внешним накопительным конденсатором (C7 на рис. 7).

В контроллере предусмотрена схема плавного запуска, длительность t_ss которого устанавливается с помощью конденсатора C5:

С5 = 2,22ЧT_SS.

В микросхеме имеется тепловая защита, отключающая контроллер при увеличении температуры кристалла свыше 160 °С, и функция отключения при пониженном входном напряжении.

Контроллер MP2106 является более мощной и высоковольтной версией MP1567. Схема включения и типовой КПД преобразователя напряжения на базе MP2106 показаны на рис. 8, его структурная схема аналогична приведенной на рис. 7. В отличие от MP1567, в данном контроллере увеличено входное напряжение до 13,5 В, а ток нагрузки — до 1,5 А.

Микросхемы MP2305 и MP1570 являются самыми мощными представителями синхронных понижающих преобразователей напряжения. Они имеют входное напряжение до 23 В и обеспечивают ток нагрузки до 2 и 3 А соответственно. Высокое входное напряжение и широкий температурный диапазон позволяет использовать эти приборы в автомобильной электронике.

Микросхемы полностью совместимы по номерам выводов и типу корпуса (SOIC-8), структурные схемы у них идентичны. Отличие их заключается в том, что у MP2305 силовые транзисторы имеют несколько меньшие площади и у корпуса отсутствует теплоотводящее основание (Power Pad), в результате чего стоимость ее на 20% ниже, чем у MP1570.

Схема включения и типовой КПД преобразователя напряжения на базе MP1570 показаны на рис. 9, структурная схема — на рис. 10.

Микросхемы имеют два встроенных силовых транзистора с сопротивлением каналов 100 мОм (MP1570) и 130 мОм (MP2305), функцию плавного запуска с программируемой длительностью, тепловую защиту, отключающую контроллер при увеличении температуры кристалла свыше 160 °С и опцию отключения при пониженном входном напряжении.

Понижающие DC/DC преобразователи напряжения с внешним диодом Шоттки

Номенклатура и краткие электрические характеристики микросхем этой группы приведены в таблице 2. Их отличают повышенные ток нагрузки и максимальное входное напряжение. Это было достигнуто путем  перераспределения  используемой площади кристалла: были увеличены размеры основного ключевого транзистора, а функции выпрямителя возложены на внешний диод Шоттки. Принцип построения данных контроллеров рассмотрим на примере микросхемы MP1591. Cхема включения и типовой КПД преобразователя напряжения на ее базе показаны на рис. 11, структурная схема — на рис. 12. Контроллер построен по схеме ШИМ с постоянной частотой преобразования (330 кГц), ограничением тока внутри циклов и компенсацией крутизны наклона пилообразного напряжения. Встроенный силовой транзистор M1 (рис. 12) имеет сопротивление канала 120 мОм, что позволяет обеспечить ток нагрузки до 2 А. Поскольку для управления верхним транзистором требуется напряжение, превышающее уровень входного, в микросхеме имеется бустерная схема питания драйвера с внутренним диодом и внешним накопительным конденсатором. Транзистор M2 с сопротивлением канала 10 Ом не является силовым, он обеспечивает заряд накопительного конденсатора в паузе, когда M1 закрыт.

Микросхема MP1593 (рис. 13) является более мощной версией MP1591, ее структурная схема аналогична приведенной на рис. 12. В отличие от MP1591, силовой транзистор в этом контроллере имеет сопротивление в открытом состоянии 100 мОм и обеспечивает ток нагрузки до 3 А, частота преобразования увеличена до 385 кГц и введена функция плавного запуска. Контроллер MP1593 совместим по выводам с MP1591. Обе микросхемы имеют тепловую защиту, отключающую контроллер при увеличении температуры кристалла свыше 160 °С, функцию отключения при пониженном входном напряжении и защиту от КЗ нагрузки.

Контроллеры MP2354 и MP2355 — это новые версии MP1591 и MP1593 соответственно. Они обеспечивают приблизительно такие же параметры (табл. 2) и сервисные функции, однако производятся по усовершенствованной технологии, позволившей снизить стоимость готовых микросхем на 15%.

Для применений, в которых требуется минимизация площади печатной платы, специально разработаны контроллеры MP2351 и MP2361 (рис. 14). Они выпускаются в миниатюрных корпусах для поверхностного монтажа MSOP10 и QFN10. Микросхемы обеспечивают ток нагрузки до 2 А при входном напряжении до 23 В. Частота преобразования увеличена до 1,4 МГц, что позволяет значительно снизить габариты дросселя и конденсатора фильтра. Контроллеры отличаются напряжением обратной связи (0,92 В у MP2361 и 1,23 В у MP2351), а также наличием у MP2361 функции плавного запуска. В остальном контроллеры идентичны и совместимы по выводам.

Контроллер MP2364 является сдвоенной версией MP2361. На одном кристалле размещены два независимых канала, полностью идентичные по структуре MP2361. Схема включения MP2364 и типовой КПД преобразователя напряжения показаны на рис. 15. Микросхема обеспечивает в каждом канале ток нагрузки до 1,5 А и упакована в миниатюрный корпус для поверхностного монтажа TSSOP20, что в сочетании с высокой частотой преобразования (1,4 МГц) позволяет минимизировать площадь на печатной плате (рис. 16).

Рис. 16. Оценочная плата преобразователя напряжения МР2364

 

 

Повышающие DC/DC-преобразователи напряжения

Контроллеры этой группы построены по схеме бустерных преобразователей напряжения с интегрированным силовым транзистором и внешним диодом Шоттки. Так же как и рассмотренные выше повышающие преобразователи напряжения, все конверторы имеют встроенную цепь компенсации усилителя сигнала ошибки, специально адаптированную для применения недорогих танталовых конденсаторов на выходе преобразователя. Номенклатура и краткие электрические характеристики микросхем этой группы приведены в таблице 3.

Контроллеры MP1517 и MP1527 — самые мощные в этой группе. Каждый из них имеет интегрированный ключевой транзистор с сопротивлением канала 150 мОм и обеспечивает ток нагрузки до 3 А (рекомендуемое значение — до 1,5 А). Схема включения и типовой КПД преобразователя напряжения на базе MP1517 показаны на рис. 17, структурная схема — на рис. 18. Контроллеры построены по схеме ШИМ с регулировкой по току и фиксированной частотой преобразования (1,1 МГц у MP1517 и 1,3 МГц у MP1527). Микросхемы имеют защиту от низкого входного напряжения, обрыва нагрузки и перегрева кристалла свыше 160 °С, а также функцию плавного запуска. Низкое напряжение ОС MP1517 (0,7 В) позволяет использовать его в качестве мощного драйвера светодиодов и светодиодных ламп без дополнительного усилителя тока. Микросхема MP1527 имеет дополнительный двунаправленный вывод FAULT («Авария»). Если в системе используется несколько преобразователей напряжения MP1527, то имеется возможность соединить все выводы FAULT для одновременного выключения всех контроллеров в случае возникновения аварийной ситуации хотя бы в одном из них. Контроллеры упакованы в миниатюрные корпуса для автоматизированного монтажа QFN16 (4×4 мм), MP1527 также выпускается в корпусе TSSOP14.

Рис. 18. Структурная схема преобразователя напряжения МР1517

Самый маломощный контроллер в рассматриваемой группе — MP1522 в корпусе для поверхностного монтажа SOT23-5 (рис. 19). В нем использована схемотехника преобразователя напряжения с постоянным пиковым током дросселя и переменной частотой коммутации. Он имеет интегрированный ключевой транзистор с сопротивлением канала 500 мОм и обеспечивает ток нагрузки до 0,3 А.

Рис. 19. МР1522 в корпусе для поверхностного монтажа SOT23-5

Для применений, требующих постоянной частоты коммутации, альтернативой MP1522 служит микросхема MP1541 (рисунок 20), также выпускающаяся в корпусе SOT23-5. Она позволяет реализовывать надежные, миниатюрные и недорогие преобразователи напряжения с током нагрузки до 550 мА.

Рис. 20. Микросхема МР1541

В линейке повышающих преобразователей MPS есть две специализированные микросхемы для питания TFT-панелей — MP1530 и MP1531 (рис. 21). Микросхемы идентичны по структуре и характеристикам и отличаются только частотами преобразования (1,4 МГц у MP1530 и 250 кГц у MP1531). Каждая из них содержит повышающий преобразователь напряжения и два линейных регулятора с положительным и отрицательным выходным напряжением, питающихся от схем с накачкой заряда. Ток нагрузки основного канала может достигать 500 мА, линейных регуляторов — до 10 мА.

Помимо своего основного назначения микросхемы могут применяться и для построения источников питания других устройств, содержащих, например, цифровые микросхемы (выход +5 В) и операционные усилители (выходы ±5…±15 В).

Завершает группу повышающих преобразователей напряжения новая микросхема MP1542, разработанная в начале 2005 года. Ее схема включения показана на рис. 22. Контроллер имеет интегрированный ключевой транзистор с сопротивлением канала 180 мОм и обеспечивает ток нагрузки до 2 А. Частота преобразования может выбираться из значений 0,7 МГц или 1,3 МГц с помощью вывода FSEL. Микросхема имеет защиту от низкого входного напряжения, КЗ нагрузки и перегрева кристалла свыше 160 °С, а также функцию плавного запуска, выпускается в миниатюрном корпусе MSOP8.

Рис. 22. Схема включения МР1542

 

 

Эффективные решения для серийного производства электронной техники

При выборе элементной базы для серийно выпускаемых изделий, особенно при жестком ограничении себестоимости, на первое место выходят два фактора — цена компонента и, по возможности, отсутствие необходимости настройки и регулировки узла, в котором он используется. Оба эти фактора в той или иной степени влияют на себестоимость конечного продукта. Для мелких партий уникальных и оттого дорогих приборов их влияние незначительно, а вот для массовых изделий они могут быть определяющими.

Продукция компании MPS как нельзя лучше удовлетворяет указанным критериям. Более того, MPS позиционируется на мировом рынке как производитель и поставщик микросхем для крупных производителей OEM и ODM.

Как было отмечено в начале статьи, MPS пользуется услугами контрактного производства микросхем крупнейших мировых фабрик. Это позволяет заметно снизить себестоимость и цену микросхем по сравнению с конкурентными продуктами. В таблице 4 приведено сравнение цен на некоторые контроллеры MPS с аналогами, причем цены на продукцию MPS даны со склада в Москве с учетом всех налогов и сборов, в то время как информация о ценах аналогов была взята с сайтов производителей без учета расходов на доставку. В среднем, даже при небольших партиях изделий, стоимость продукции MPS для конечного потребителя оказывается на 50-60% ниже аналогичных предложений других известных производителей.

В своих разработках автор применяет микросхемы MPS более года, за это время они вошли в состав нескольких серийных изделий. Из опыта работы с контроллерами MPS хочется особо отметить следующие моменты:

• Высокая стабильность и повторяемость характеристик микросхем: независимо от партии основные характеристики близки к типовым значениям, заявленным в документации.
• Высокая устойчивость УСО и схемы обратной связи в целом: контроллеры нечувствительны к номиналам и к типу применяемых конденсаторов, внешние цепи компенсации не требуют подстройки.
• Высокая эффективность: при правильном выборе параметров дросселя удается получить КПД значительно выше, чем типовые значения, приводимые в документации. Например, в преобразователе напряжения на базе MP1517 мощностью 22,5 Вт (15, 1,5) перегрев контроллера составляет менее 15 °С.
• Готовое изделие не требует никакой регулировки, что позволяет использовать при серийном производстве простой тест на включение.

В заключение хотелось бы отметить, что компания MPS обеспечивает серьезную техническую поддержку во всех регионах, где имеются ее представительства.

Для всех микросхем имеются отладочные платы, позволяющие сократить время разработки.

Микросхемы для импульсных DC/DC со встроенным ключом

Никитин Андрей
Пичугин Сергей
Звонарев Евгений

№ 6’2007

PDF версия

Несмотря на большую популярность законченных модульных DC/DC-преобразователей, часто возникает необходимость в разработке импульсных конвертеров под конкретный проект с минимальными размерами и максимальной эффективностью преобразования. Нереально создать универсальные источники питания (ИП) на все возможные случаи, поэтому многие производители выпускают разнообразные специализированные микросхемы для конкретных приложений. Они имеют высокую надежность, хороший КПД преобразования и низкую стоимость. Широкий спектр специализированных микросхем для построения DC/DC-преобразователей выпускает компания National Semiconductor. В этой статье рассматриваются представители микросхем конвертеров со встроенными силовыми ключами для индуктивных понижающих DC/DC-преобразователей.

Принцип управления контроллера преобразователя является главной частью, определяющей работу конвертера, поэтому выбор правильной топологии оптимизирует параметры и эффективность работы схемы. При проектировании импульсных стабилизаторов возникают два противоречивых момента. С одной стороны, желательно минимизировать количество внешних компонентов для упрощения схемы и уменьшения габаритов. С другой стороны, желательно предоставить разработчику возможность оптимизации параметров DC/DC-конвертера с помощью широкого выбора внешних компонентов. К примеру, это может быть регулировка частоты преобразования при помощи изменения номинала внешнего резистора. Этим и определяется широкий диапазон выпускаемых микросхем для построения импульсных DC/DC-преобразователей.

National Semiconductor подразделяет свои микросхемы для Buck (понижающих) конвертеров на три группы:

• конвертеры с допустимым входным напряжением более 25 В;
• конвертеры с допустимым входным напряжением от 7 до 25 В;
• конвертеры с допустимым входным напряжением менее 7 В.

Кроме того, выходные ключи могут быть как встроенными, так и внешними. В первом случае ИС называют регуляторами, а во втором — контроллерами для DC/DC-преобразователей, подчеркивая этим необходимость подключения внешних ключевых транзисторов в выходном каскаде.

Основные параметры микросхем Buck-конвертеров со встроенными ключами и допустимым входным напряжением более 25 В приведены в таблице 1.

Таблица 1. Buck-конвертеры National Semiconductor со встроенными ключами (Uвx. макс. > 25 В)

Большинство регуляторов этой группы имеют миниатюрные корпуса и позволяют создать DC/DC-конверторы сширокими диапазонами входных напряжений (до 100 В).

Серия LM267x — стабилизаторы с входным напряжением 8–40 В, выходными токами до 5 А и фиксированной частотой коммутации 260 или 400 кГц. Режим управления — упреждающее регулирование по напряжению. Выпускаются варианты как с фиксированным значением выходного напряжения (3,3; 5 или 12 В), так и с регулируемым в пределах 1,2–37 В. Наличие встроенной коррекции цепи обратной связи позволяет достичь хороших параметров по точности выходного напряжения при минимальном числе внешних компонентов. Относительно высокая частота коммутации дает возможность уменьшить габариты элементов выходного фильтра.

Микросхемы серии LM2500х — семейство регуляторов с входным напряжением до 42 В, обладающих всеми функциями для построения высокоэффективных недорогих импульсных преобразователей с максимальным током в нагрузке от 0,5 до 2,5 А. В составе серии отсутствуют микросхемы с фиксированным выходным напряжением — выходное напряжение регулируется номиналами внешних резисторов. Частота коммутации изменяется от 50 кГц в зависимости от соотношения входного и выходного напряжений.

Рассмотрим новый регулятор LМ26001, схема включения которого и основные функции показаны на рис. 1.

Рис. 1. Типовая схема включения и основные функции регулятора LМ26001

Эта микросхема спроектирована для применения в преобразователях, где необходимо сохранить максимальную эффективность в «спящем» режиме, а также в режиме с малой или отсутствующей нагрузкой. Рабочая частота ШИМ может быть определена в диапазоне от 150 до 500 кГц номиналом внешнего резистора или синхронизирована внешним сигналом с входа SYNC. Сигнал на входе ENABLE позволяет включить или отключить преобразователь (управляемый режим «shutdown»). Кроме того, ИС имеет возможность формировать сигнал PowerGood, а режим «мягкого» запуска может задаваться внешним конденсатором. Состояние входа FPWM определяет возможность перехода ИС в «спящий» режим. Ток потребления в «спящем» режиме составляет менее 40 мкА, а в отключенном режиме — порядка 10 мкА.

Второй «яркий» представитель понижающих конвертеров с входным напряжением более 25 В — синхронный регулятор LM3100, относящийся к семейству Simple Switcher, его рекомендуемая схема включения и некоторые особенности приведены на рис. 2. Синхронный преобразователь — это вариант, при котором вместо диода в качестве нижнего ключа применяется MOSFET-транзистор, что обеспечивает очень малые потери преобразования при больших потребляемых токах и низких выходных напряжениях.

Основное назначение LM3100 — DC/DC-преобразователи с высоким значением КПД и низкой стоимостью для выходных токов до 1,5 А и выходных напряжений от 0,8 В. При этом, несмотря на большой максимальный рабочий ток (до 1,6 А), микросхема LМ3100 имеет очень компактный корпус eTSSOP-20. Гистерезисный принцип управления с фиксированным временем открытого состояния верхнего ключа Constant ON-Time (COT) не требует наличия внешних цепей компенсации обратной связи и позволяет быстро отслеживать и компенсировать резкие изменения во входном напряжении и в нагрузке. Высокая частота преобразования позволяет уменьшить размеры внешних пассивных компонентов. LM3100 способен работать с керамическими и прочими конденсаторами с очень низким внутренним сопротивлением. Зависимость КПД от выходного тока при различных входных напряжениях отображена на рис. 3.

Рис. 2. Типовая схема включения и особенности регулятора LМ3100

Рис. 3. Зависимость КПД от тока нагрузки для разных входных напряжений LM3100

Диапазон рабочих температур всех микросхем первой группы из таблицы 1 составляет –40…+125 °С.

Основные параметры микросхем Buck-конвертеров со встроенными ключами и допустимым входным напряжением от 7 до 25 В приведены в таблице 2.

Таблица 2. Buck-конвертеры National Semiconductor с встроенным ключом (Uвхода макс. от 7 до 25 B)

Стабилизаторы LM273x позволяют разрабатывать источники питания с быстрой переходной характеристикой, хорошими характеристиками по точности и с минимумом внешних компонентов. Малое время переключения ключевого транзистора обеспечивает стабильность даже низких значений выходных напряжений. В преобразователях LM273х используется режим управления по току и внутренняя коррекция сигнала обратной связи, что обеспечивает эффективную стабилизацию в широком диапазоне входных напряжений и токов нагрузки. Стабилизаторы имеют вход отключения нагрузки и встроенную схему плавного старта, снижающую броски тока при включении питания. Рабочая частота у микросхем этой группы LM2736X и LM2734X составляет 1,6 МГц, а у LM2736Y и LM2734Y рабочая частота равна 550 кГц. Разработчик может выбрать микросхему с высокой частотой преобразования 1,6 МГц (с окончанием Y), что позволит ему уменьшить габариты внешних пассивных компонентов, но при этом, из-за больших потерь на переключение, снизится эффективность при малых токах нагрузки. Разработчик также может остановиться на версии этих регуляторов с частотой преобразования 550 кГц (с окончанием X), и при этом, в ущерб размерам индуктивности и фильтрующих конденсаторов, получить более высокий КПД в широком диапазоне выходных токов. Существенная разница в потерях преобразования двух версий регуляторов наблюдается при малых токах нагрузки — от 10 до 100 мА. Все сказанное выше хорошо иллюстрирует рис. 4.

Рис. 4. Типовая схема включения LM2734X и LM2734Y и зависимости КПД преобразования от тока нагрузки

LM269x — семейство регуляторов, ориентированных на использование в недорогих вторичных источниках питания с высоким КПД. Схема обратной связи не требует корректирующей цепи, что обеспечивает быструю переходную характеристику и упрощает применение микросхем. Частота коммутации задается номиналом внешнего резистора, регулируется в пределах от 50 до 800 кГц и остается постоянной независимо от изменения входного напряжения или сопротивления нагрузки. Режим управления — обратная связь по напряжению.

Диапазон рабочих температур всех микросхем второй группы из таблицы 2 — от –40 до +125 °С.

Основные параметры индуктивных Buck-конвертеров с входным напряжением меньше 7 В сведены в таблицу 3.

Таблица 3. Buck-конвертеры National Semiconductor со встроенным ключом (Uвхода макс. меньше 7 B)

Как видно из таблицы 3, регуляторы третьей группы для низких допустимых входных напряжений (меньше 7 В) производитель подразделяет на две подгруппы — синхронные и несинхронные. Максимальная частота преобразования новых микросхем без синхронного преобразователя достигает 3 МГц.

Серия LM367x — серия низковольтных стабилизаторов с малыми значениями выходных токов. Режим управления коэффициентом заполнения — упреждающее регулирование по напряжению. Миниатюрные регуляторы серии LM367х предназначены для применения в схемах с питанием от батарейных элементов или от низковольтных шин питания. Стабилизаторы этой серии являются оптимальным решением для различных мобильных устройств. На рис. 5 представлена типовая схема включения регулятора LM3673.

Рис. 5. LM3673 — типовая схема включения

Особенностью стабилизаторов серии LM367x является автоматическое переключение между двумя режимами управления ключевым элементом: режимом широтно-импульсной модуляции и режимом частотно-импульсной модуляции. В режиме ШИМ устройство работает на фиксированной частоте 2000 кГц (для LM3670 — 1000 кГц). При этом обеспечивается низкий уровень шумов и высокий КПД. Режим ЧИМ является оптимальным при малых токах нагрузки, поскольку снижает потребляемый стабилизатором ток. Переключение из режима ЧИМ в режим ШИМ происходит при превышении током в нагрузке значения 70–80 мА. Обратное переключение происходит при снижении тока в нагрузке ниже 30–35 мА.

Семейство интегральных стабилизаторов серии LM283х — высокочастотные понижающие преобразователи, выполненные в миниатюрных корпусах SOT23 или LLP. Микросхемы обеспечивают все необходимые функции для построения низковольтных локальных DC/DC-преобразователей с быстрой переходной характеристикой и высокой точностью стабилизации при минимальной занимаемой площади на печатной плате. Стабилизаторы семейства LM283x просты в применении, поскольку требуют минимального количества внешних компонентов. На рис. 6 представлена типовая схема включения представителя этого семейства — регулятора LM2832.

Рис. 6. Типовая схема включения LM2832

Особенностью этой серии является высокое значение удельной мощности как результат использования технологии BiCMOS 0,5 мкм. Кроме того, малое время переключения силового выходного транзистора (30 нс) позволяет формировать сверхмалые значения выходного напряжения во всем диапазоне входного напряжения. Высокое значение частоты коммутации позволяет использовать катушки с малой индуктивностью, в том числе катушки для поверхностного монтажа. Стабилизаторы серии LM283x используют режим управления по току и встроенные цепи коррекции сигнала обратной связи, что позволяет обеспечивать точность стабилизации не хуже 2% даже при сверхмалых значениях выходного напряжения.

Основные области применения: локальное питание для FPGA, силовые устройства USB, модемы и т. п.

В статье были рассмотрены понижающие импульсные регуляторы напряжения. В этом классе устройств National Semiconductor выпускает весьма широкую гамму приборов. Приемлемая цена, высокая надежность, возможность использования онлайновой программной оболочки WEBENCH для расчета и подбора элементов DC/DC-преобразователя делает эти изделия весьма привлекательными для широкого круга разработчиков.

Литература

1. www.national.com/appinfo/power/files/national_power_designer111.pdf /ссылка утрачена/
2. www.national.com/pf/LM/LM2832.html /ссылка утрачена/
3. www.national.com/pf/LM/LM26001.html /ссылка утрачена/
4. www.national.com/pf/LM/LM2734.html /ссылка утрачена/

Импульсные регуляторы постоянного/постоянного тока

| TI.com

Импульсные стабилизаторы — наиболее эффективный способ преобразования одного постоянного напряжения в другое постоянное напряжение. Во всех неизолированных топологиях DC/DC — понижающем, повышающем, повышающе-понижающем и инвертирующем — мы помогаем вам максимизировать производительность вашей ИС регулятора напряжения с помощью самого большого в отрасли выбора преобразователей постоянного тока, силовых модулей и контроллеров.

Тенденции мощности

Плотность мощности

Больше мощности, меньше места на плате. Подчеркнутый семейством понижающих стабилизаторов SWIFT™, наше портфолио устройств с высокой плотностью мощности тесно интегрировано с набором высокопроизводительных функций и высоким выходным током в компактном корпусе с улучшенными тепловыми свойствами.

Импульсные регуляторы высокой плотности — отличный выбор для питания сильноточных цифровых нагрузок, таких как ПЛИС и процессоры. Используйте наш инструмент для подключения процессора, чтобы найти лучшие продукты, дополняющие вашу ПЛИС или процессор.

стрелка вправо Найти PMIC для процессоров и FPGA

Рекомендуемые продукты для удельной мощности

LM61495 АКТИВНЫЙ Понижающий преобразователь на 10 А, оптимизированный для удельной мощности и низкого уровня электромагнитных помех

ТПС61178 АКТИВНЫЙ 20 В, 10 А, полностью интегрированное усиление синхронизации с отключением нагрузки

TPSM5D1806 АКТИВНЫЙ Вход от 4,5 В до 15 В, двойной 6 А, одиночный 12 А, выходной модуль питания

Low EMI

Уменьшение электромагнитных помех импульсного стабилизатора может стать серьезной проблемой для многих разработчиков источников питания. Устройства со встроенными технологиями снижения электромагнитных помех экономят время на разработку и помогают соответствовать таким сложным стандартам, как CISPR 25 Class-5. Взгляните на наши рекомендуемые продукты ниже, чтобы узнать о некоторых из последних переключателей постоянного тока для работы с электромагнитными помехами.

стрелка вправо Ознакомьтесь с нашим учебным центром EMI

Рекомендуемые продукты с низким уровнем электромагнитных помех

LM25149 АКТИВНЫЙ Синхронный понижающий DC/DC-контроллер 42 В со сверхнизким IQ и встроенным активным фильтром электромагнитных помех

LM5156-Q1 АКТИВНЫЙ Асинхронный повышающий, обратноходовой и SEPIC-контроллер VIN шириной 2,2 МГц с двойным случайным расширением спектра

LM5176 АКТИВНЫЙ Синхронный повышающе-понижающий контроллер с 4 переключателями VIN 55 В

Низкий ток потребления (I _Q )

Импульсные регуляторы DC/DC со сверхнизким током потребления повышают эффективность при малой нагрузке и продлевают срок службы батарей в портативных устройствах и устройствах с батарейным питанием. Найдите некоторые из самых дешевых устройств I _Q в нашем портфолио видеомикшеров ниже.

Рекомендуемые продукты для низкого тока покоя (IQ)

ТПС62840 АКТИВНЫЙ Ток покоя 60 нА (IQ), от 1,8 В до 6,5 VIN, высокоэффективный понижающий преобразователь 750 мА

ТПС61094 АКТИВНЫЙ Двунаправленный повышающе-понижающий преобразователь тока покоя 60 нА с режимом байпаса

LMR43620-Q1 АКТИВНЫЙ Автомобильный, от 3 до 36 В, 2-амперный синхронный понижающий стабилизатор с низким уровнем электромагнитных помех и низким IQ

Низкий уровень шума и точность

Типичным импульсным стабилизаторам требуется LDO-стабилизатор после стабилизатора для питания АЦП и AFE с высоким разрешением. Но благодаря лучшим в отрасли характеристикам шума и пульсаций, TPS62912 и TPS62913 позволяют отказаться от этого малошумящего LDO в большинстве приложений, экономя площадь печатной платы и общие затраты при одновременном повышении эффективности системы.

Рекомендуемые продукты для низкого уровня шума и точности

ТПС62912 АКТИВНЫЙ 17-VIN, 2-A малошумящий понижающий преобразователь с малыми пульсациями и встроенной компенсацией ферритового фильтра

ТПС62913 АКТИВНЫЙ 17-VIN, 3-A малошумящий понижающий преобразователь с малыми пульсациями и встроенной компенсацией ферритового фильтра

Технические ресурсы

Указания по применению

Указания по применению

Основы импульсного стабилизатора (Rev. C)

Изучите основы каждой из основных топологий постоянного/постоянного тока, от понижающей и повышающей до двухтактной и мостовой.

документ-pdfAcrobat ПДФ

Руководство по выбору

Руководство по выбору

Краткое справочное руководство по режимам управления (версия A)

Обзор различных режимов управления для неизолированных понижающих контроллеров и преобразователей постоянного тока и преимущества каждого из них.

документ-pdfAcrobat ПДФ

белая бумага

Технический документ

Создание небольших, холодных и тихих силовых модулей с усовершенствованным корпусом HotRod™ QFN

Узнайте о преимуществах управления тепловым режимом и электромагнитных помех, связанных с усовершенствованным пакетом HotRod™ QFN для преобразователей и модулей постоянного тока.

документ-pdfAcrobat ПДФ

Ресурсы для проектирования и разработки

Инструмент для проектирования

WEBENCH® Power Designer

WEBENCH® Power Designer создает индивидуальные схемы электропитания в соответствии с вашими требованиями. Среда предоставляет вам комплексные возможности проектирования источников питания, которые экономят ваше время на всех этапах процесса проектирования.

Инструмент моделирования

PSpice® for TI инструмент проектирования и моделирования

PSpice® for TI — это среда проектирования и моделирования, помогающая оценить функциональность аналоговых схем. В этом полнофункциональном пакете для проектирования и моделирования используется модуль аналогового анализа от Cadence®. Доступный бесплатно PSpice для TI включает в себя одну из самых больших библиотек моделей в (…)

Инструмент для проектирования

Программный инструмент Power Stage Designer™ для наиболее часто используемых импульсных источников питания

Power Stage Designer — это инструмент на основе JAVA, помогающий ускорить проектирование источников питания, поскольку он рассчитывает напряжения и токи для 21 топологии на основе данных, введенных пользователем. Кроме того, Power Stage Designer содержит инструмент для построения графиков Боде и полезный набор инструментов с различными функциями для проектирования источников питания (…)

Понижающие (понижающие) регуляторы | TI.com

Имея более 1000 уникальных устройств, вы можете выбрать наиболее полный в отрасли портфель высокоэффективных понижающих (понижающих) импульсных регуляторов постоянного тока. Это обширное семейство продуктов включает в себя все типы понижающих импульсных регуляторов, начиная от гибкости микросхемы контроллера и заканчивая высокоинтегрированным и простым понижающим силовым модулем. От 1 В до 100 В на входе и от 50 мА до 420 А на выходе — вы можете рассчитывать на то, что у нас есть понижающий регулятор напряжения, соответствующий требованиям вашей системы.

Поиск по категориям

Новые продукты

параметрический фильтр Посмотреть все продукты

ТПСМ843Б22

НОВЫЙ

Понижающие модули (встроенный индуктор)

ТПСМ843Б22 ПРЕДПРОСМОТР

Вход от 4 В до 18 В, расширенный режим тока, синхронный понижающий преобразователь SWIFT™ на 20 А

прибл. цена (USD) 1ку | 16.45

ТПС564257 LM5148 ТПС564252 ТПСМ843А26

НОВЫЙ

Понижающие модули (встроенный индуктор)

ТПСМ843А26 ПРЕДПРОСМОТР

Вход от 4 до 18 В, расширенный режим тока, синхронный понижающий модуль питания SWIFT™ на 16 А

прибл. цена (USD) 1ку | 12,8

LM5148-Q1

Тенденции мощности

Плотность мощности

Больше мощности, меньше места на плате. Это тенденция в приложениях на всех рынках, а также в нашем портфолио понижающих регуляторов. Подчеркнутое семейством понижающих стабилизаторов SWIFT™, наше портфолио устройств с высокой плотностью мощности отличается высокой степенью интеграции, набором высокопроизводительных функций и высоким выходным током в компактном корпусе с улучшенными тепловыми свойствами.

Модули питания высокой плотности — отличный выбор для питания сильноточных цифровых нагрузок, таких как ПЛИС и процессоры. Используйте наш инструмент для подключения к процессору, чтобы найти лучшие источники питания для вашей ПЛИС или процессора.

параметрический фильтр Найти все понижающие регуляторы удельной мощности стрелка вправо Найти PMIC для процессоров и FPGA

Рекомендуемые продукты для удельной мощности

ТПС543620 АКТИВНЫЙ Вход от 4 В до 18 В, расширенный режим тока, синхронный понижающий преобразователь SWIFT™ на 6 А

TPSM63603 АКТИВНЫЙ Высокая плотность, вход от 3 до 36 В, выход от 1 до 16 В, модуль питания 3 А

TPSM82823 АКТИВНЫЙ Вход 5,5 В, понижающий модуль на 3 А со встроенным дросселем в корпусе uSiP 2,0 мм × 2,5 мм × 1,1 мм

Low EMI

Уменьшение электромагнитных помех понижающего стабилизатора может стать серьезной проблемой для многих разработчиков источников питания. Устройства со встроенными технологиями снижения электромагнитных помех экономят время на разработку и помогают соответствовать таким сложным стандартам, как CISPR 25 Class-5. Ознакомьтесь с нашими рекомендуемыми понижающими регуляторами для работы с электромагнитными помехами.

параметрический фильтр Найти все понижающие стабилизаторы с низким уровнем электромагнитных помех стрелка вправо Ознакомьтесь с нашим учебным центром EMI

Рекомендуемые продукты с низким уровнем электромагнитных помех

ТПС62810-К1 АКТИВНЫЙ Автомобильный понижающий преобразователь 2,75 В в 6 В, 4 А в корпусе QFN со смачиваемыми сторонами 2 мм x 3 мм

LM25149 АКТИВНЫЙ Синхронный понижающий DC/DC-контроллер 42 В со сверхнизким IQ и встроенным активным фильтром электромагнитных помех

LMQ61460-Q1 АКТИВНЫЙ Автомобильный синхронный понижающий малошумный преобразователь 3–36 В, 6 А с низким уровнем электромагнитных помех и встроенными конденсаторами

Низкий ток покоя (IQ)

Понижающие стабилизаторы постоянного/постоянного тока со сверхнизким током покоя в режиме ожидания повышают эффективность при малой нагрузке и продлевают срок службы батарей в портативных устройствах и устройствах с батарейным питанием. Найдите некоторые из самых низких I 9Устройства 0042 Q в нашем портфеле понижающих регуляторов ниже.

параметрический фильтр Найти все понижающие регуляторы с низким IQ

Рекомендуемые продукты для низкого тока покоя (IQ)

ТПС62840 АКТИВНЫЙ Ток покоя 60 нА (IQ), от 1,8 В до 6,5 VIN, высокоэффективный понижающий преобразователь 750 мА

LMR43620-Q1 АКТИВНЫЙ Автомобильный, от 3 до 36 В, 2-амперный синхронный понижающий стабилизатор с низким уровнем электромагнитных помех и низким IQ

НОВЫЙ LM25149-Q1 АКТИВНЫЙ Автомобильный синхронный понижающий DC/DC-контроллер на 42 В со сверхнизким IQ и встроенным активным фильтром электромагнитных помех

Низкий уровень шума и точность

Типичным импульсным стабилизаторам требуется LDO-стабилизатор после стабилизатора для питания АЦП и AFE с высоким разрешением. Но благодаря лучшим в отрасли характеристикам шума и пульсаций, TPS62912 и TPS62913 позволяют отказаться от этого малошумящего LDO в большинстве приложений, экономя площадь печатной платы и общие затраты при одновременном повышении эффективности системы.

параметрический фильтр Найти все малошумящие и прецизионные понижающие регуляторы

Рекомендуемые продукты для низкого уровня шума и точности

ТПС62912 АКТИВНЫЙ 17-VIN, 2-A малошумящий понижающий преобразователь с малыми пульсациями и встроенной компенсацией ферритового фильтра

ТПС62913 АКТИВНЫЙ 17-VIN, 3-A малошумящий понижающий преобразователь с малыми пульсациями и встроенной компенсацией ферритового фильтра

Ресурсы для проектирования и разработки

Инструмент для проектирования

WEBENCH® Power Designer

WEBENCH® Power Designer создает индивидуальные схемы электропитания в соответствии с вашими требованиями. Среда предоставляет вам комплексные возможности проектирования источников питания, которые экономят ваше время на всех этапах процесса проектирования.

Инструмент моделирования

PSpice® for TI инструмент проектирования и моделирования

PSpice® for TI — это среда проектирования и моделирования, помогающая оценить функциональность аналоговых схем. В этом полнофункциональном пакете для проектирования и моделирования используется модуль аналогового анализа от Cadence®. Доступный бесплатно PSpice для TI включает в себя одну из крупнейших библиотек моделей в (…)

Инструмент для проектирования

Программный инструмент Power Stage Designer™ для наиболее часто используемых импульсных источников питания

Power Stage Designer — это инструмент на основе JAVA, помогающий ускорить проектирование источников питания, поскольку он вычисляет напряжения и токи для 21 топологии на основе данных, введенных пользователем.