Журнал "Новости Электроники", номер 5, 2007 год.VIPer новое слово в проектировании импульсных источников питания
В недавнем прошлом многие компании-производители стали отказываться от трансформаторных блоков питания вследствие их немалой массы и значительных габаритных размеров. Представьте себе трансформаторный блок питания с выходной мощностью 100-150 Вт, выполненный даже на ториодальном магнитопроводе. Масса такого блока питания будет составлять примерно 5-7 кг, а о его габаритах даже нечего и говорить. С появлением всевозможных микросхем ШИМ-контроллеров и высоковольтных мощных MOSFET-транзисторов на смену трансформаторным источникам питания пришли импульсные, следовательно, габаритные размеры и масса блоков питания уменьшились в несколько раз. Импульсные блоки питания не уступают трансформаторным по мощности, более того, они гораздо эффективнее. КПД современных импульсных блоков питания достигает 95%. Однако у таких блоков питания есть свои недостатки:
1. Большое количество элементов схемы, что в результате усложняет проектирование топологии печатных плат и приводит к паразитным возбуждениям и помехам.
2. Cложность настройки из-за подбора пассивных компонентов в обвязке ШИМ-контроллера, в цепи защиты и т.д.
Эти недостатки также создают неудобства при проведении диагностики неисправностей и при их устранении.
Основные узлы классической схемы импульсного обратноходового блока питания состоят из следующих блоков.
1. Входная цепь (включает в себя сетевой фильтр, диодный мост и фильтрующие конденсаторы).
2. ШИМ-контроллер.
3. Схемы защиты (по перенапряжению, по превышению температуры, и т.д.)
4. Схемы стабилизации выходного напряжения.
5. Мощный выходной MOSFET-транзистор.
6. Выходная цепь, состоящая из диодного моста и фильтрующих конденсаторов.
Как видно, количество активных компонентов, входящих в состав импульсного блока питания, доходит до нескольких десятков, что увеличивает габаритные размеры устройства и, как следствие, создает ряд проблем при проектировании и отладке.
Компания STMicroelectronics, проанализировав трудности, возникающие при проектировании импульсных источников питания, разработала уникальную серию микросхем, объединив на одном кристалле ШИМ-контроллер, цепи защиты и мощный выходной MOSFET-транзистор. Серия приборов была названа VIPer.
Название VIPer произошло от технологии изготовления самого MOSFET-транзистора, а именно, Vertical Power MOSFET.
Функциональная схема одного из приборов семейства VIPer представлена на рисунке 1.
Рис. 1. Функциональная схема VIPer
Основные особенности:
- регулируемая частота переключения от 0 до 200 кГц;
- режим токовой регуляции;
- мягкий старт;
- потребление от сети переменного тока менее 1 Вт в дежурном режиме;
- выключение при понижении напряжения питания в случае короткого замыкания (КЗ) или перегрузки по току;
- интегрированная в микросхему цепь запуска;
- автоматический перезапуск;
- защита от перегрева;
- регулируемое ограничение по току.
Пример принципиальной схемы стандартного включения одного из представителей семейства VIPer представлен на рисунке 2.
Как и в аналогичных микросхемах для построения импульсных источников питания производства таких фирм как Power Integrations и Fairchild, в микросхемах семейства VIPer применяется режим регулирования по току. Используются две петли обратной связи - внутренняя петля контроля по току и внешняя петля контроля по напряжению. Когда МОП-транзистор открыт, значение тока первичной обмотки трансформатора отслеживается датчиком SenseFET и преобразуется в напряжение, пропорциональное току. Когда это напряжение достигает величины, равной Vcomp (напряжение на выводе COMP (см. рис. 1) - выходное напряжение усилителя ошибки), транзистор закрывается. Таким образом, внешняя петля регулирования по напряжению определяется величиной, при которой внутренняя токовая петля выключает высоковольтный ключ. Немаловажно отметить еще одну особенность микросхем VIPer, которая ставит их на уровень выше конкурентов. Это возможность работать на частотах достигающих 300 кГц. Она позволяет добиться еще большего КПД и использовать трансформаторы с меньшими габаритными размерами, что ведет к миниатюризации источника питания с сохранением расчетной выходной мощности.
Рис. 2. Принципиальная схема включения микросхемы семейства VIPer
Семейство VIPer имеет широкую номенклатурную линейку приборов, позволяющих легко выбрать микросхему, удовлетворяющую заданные технические условия. Доступные на данный момент приборы, включая новинки, представлены в таблице 1.
Таблица 1. Сводная таблица приборов семейства VIPer
| Наименование | Uси, В | Ucc max, В | Rси, Ом | Iс min, А | Fsw, кГц | Корпус |
|---|---|---|---|---|---|---|
| VIPer12AS | 730 | 38 | 30 | 0,32 | 60 | SO-8 |
| VIPer12ADIP | 730 | 38 | 30 | 0,32 | 60 | DIP-8 |
| VIPer22AS | 730 | 38 | 30 | 0,56 | 60 | SO-8 |
| VIPer22ADIP | 730 | 38 | 30 | 0,56 | 60 | DIP-8 |
| VIPer20 | 620 | 15 | 16 | 0,5 | до 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer20(022Y) | 620 | 15 | 16 | 0,5 | до 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer20DIP | 620 | 15 | 16 | 0,5 | до 200 | DIP-8 |
| VIPer20A | 700 | 15 | 18 | 0,5 | до 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer20A(022Y) | 700 | 15 | 18 | 0,5 | до 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer20ADIP | 700 | 15 | 18 | 0,5 | до 200 | DIP-8 |
| VIPer20ASP | 700 | 15 | 18 | 0,5 | до 200 | PowerSO-10 |
| VIPer50 | 620 | 15 | 5 | 1,5 | до 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer50(022Y) | 620 | 15 | 5 | 1,5 | до 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer50A | 700 | 15 | 5,7 | 1,5 | до 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer50A(022Y) | 700 | 15 | 5,7 | 1,5 | до 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer50ASP | 700 | 15 | 5,7 | 1,5 | до 200 | PowerSO-10 |
| VIPer53DIP | 620 | 17 | 1 | 1,6 | до 300 | DIP-8 |
| VIPer53SP | 620 | 17 | 1 | 1,6 | до 300 | PowerSO-10 |
| VIPer53EDIP | 620 | 17 | 1 | 1,6 | до 300 | DIP-8 |
| VIPer53ESP | 620 | 17 | 1 | 1,6 | до 300 | PowerSO-10 |
| VIPer100 | 700 | 15 | 2,5 | 3 | до 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer100(022Y) | 700 | 15 | 2,5 | 3 | до 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer100A | 700 | 15 | 2,8 | 3 | до 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer100A(022Y) | 700 | 15 | 2,8 | 3 | до 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer100ASP | 700 | 15 | 2,8 | 3 | до 200 | PowerSO-10 |
Микросхемы VIPer доступны в различных корпусных исполнениях, представленных на рисунке 3.
Рис. 3. Корпусное исполнение микросхем семейства VIPer
Корпусное исполнение PowerSO-10 является разработкой компании ST Microelectronics. Этот корпус предназначен для поверхностного монтажа на контактную медную площадку на поверхности печатной платы, соединенную со стоком мощного транзистора.
В таблице 2 представлены рекомендации от STMicroelectronics по замене аналогичных приборов других производителей на приборы семейства VIPer. Данная таблица была составлена по материалам, предоставленным STMicroelectronics. Приборы VIPer, указанные в таблице, не являются pin-to-pin аналогами приборов других производителей. Данные были составлены, исходя из близких параметрических особенностей.
Таблица 2. Сводная таблица рекомендованных к замене приборов
 |  | |
| LNK562P | - | VIPER12ADIP |
| LNK562G | - | VIPER12AS |
| LNK563P | - | VIPER12ADIP |
| LNK564P | - | VIPER12ADIP |
| LNK564G | - | VIPER12AS |
| TNY274G | - | VIPER12AS VIPER22AS |
| TNY275P | - | VIPER12ADIP VIPER22ADIP |
| TNY275G | - | VIPER12AS VIPER22AS |
| TNY276P | - | VIPER12ADIP VIPER22ADIP |
| TNY276G | - | VIPER12AS VIPER22AS |
| TNY277P | - | VIPER12ADIP VIPER22ADIP |
| TNY277G | - | VIPER12AS VIPER22AS |
| TNY278P | - | VIPER22ADIP VIPER53EDIP |
| TNY278G | - | VIPER22AS VIPER53ESP |
| TNY279P | - | VIPER22ADIP VIPER53EDIP |
| TNY279G | - | VIPER22AS VIPER53ESP |
| TNY280P | - | VIPER22ADIP VIPER53EDIP |
| TNY280G | - | VIPER22AS VIPER53ESP |
| TOP232P | FSDM311 FSQ0165RN FSQ311 | VIPer22ADIP VIPer20ADIP |
| TOP232G | - | VIPer22AS VIPer20ADIP |
| TNY264P | FSD210B FSQ510 FSQ510H | VIPer12ADIP |
| TNY264G | - | VIPer12AS |
| TNY266P | FSDM311 FSQ0165RN FSQ311 | VIPer22ADIP VIPer20ADIP |
| TNY266G | FSDM311L | VIPer22AS VIPer20ASP |
| TNY267P | FSDH0170RNB FSDL0165RN FSQ0165RN FSQ0170RNA | VIPer22ADIP VIPer20ADIP |
| TNY267G | FSDL0165RL | VIPer22AS VIPer20ASP |
| TNY268P | FSDH0265RN FSDH0270RNB FSDM0265RNB FSQ0265RN FSQ0270RNA | VIPer22ADIP VIPer20ADIP |
| TNY268G | - | VIPer22AS VIPer20ASP |
| TNY253P | - | VIPer12ADIP |
| TNY253G | - | VIPer12AS |
| TNY254P | - | VIPer12ADIP |
| TNY254G | - | VIPer12AS |
| TNY255P | - | VIPer12ADIP |
| TNY255G | - | VIPer12AS |
| TNY256P | FSDM311 FSQ0165RN FSQ311 | VIPer22ADIP VIPer20ADIP |
| TNY256G | - | VIPer22AS VIPer20ASP |
| TNY256Y | - | VIPer20A |
| TOP221P | - | VIPer12ADIP |
| TOP221G | - | VIPer12AS |
| TOP221Y | - | VIPer12ADIP |
| TOP222P | FSDM311 FSQ0165RN FSQ311 | VIPer22ADIP VIPer20ADIP |
| TOP222G | - | VIPer22AS VIPer20ASP |
| TOP222Y | - | VIPer20A |
| TOP223P | FSDL0165RN FSQ0165RN | VIPer50A |
| TOP223G | - | VIPer50ASP |
| TOP223Y | - | VIPer50A |
| TOP224P | FSDH0265RN FSQ0265RN | VIPer50A |
| TOP224G | - | VIPer50ASP |
| TOP224Y | KA5H0280RYDTU KA5M0280RYDTU | VIPer50A |
| TOP226Y | KA5H0365RYDTU KA5H0380RYDTU KA5L0365RYDTU KA5L0380RYDTU KA5M0365RYDTU KA5M0380RYDTU | VIPer100A |
| TOP227Y | - | VIPer100A |
| TOP209P | FSDM0565RBWDTU | VIPer12ADIP |
| TOP209G | - | VIPer12AS |
| TOP210PFI | - | VIPer12ADIP |
| TOP210G | - | VIPer12AS |
| TOP200YAI | - | VIPer22ADIP VIPer20A |
| TOP201YAI | - | VIPer50A |
| TOP202YAI | - | VIPer50A |
| TOP203YAI | - | VIPer100A |
| TOP214YAI | - | VIPer100A |
| TOP204YAI | - | VIPer100A |
Рис. 4. Интерфейс программного обеспечения для расчета источника питания на приборах семейства VIPer
В заключение хочется отметить, что компания STMicroelectronics предоставляет разработчикам пакет бесплатного программного обеспечения для расчета параметров источника питания, построенного на основе микросхем семейства VIPer.
Пакет VIPer Design Software имеет доступный и понятный интерфейс, позволяющий задать любой из необходимых параметров и получить готовую схему с перечнем используемых компонентов, графиками и осциллограммами процессов.
| Ваш комментарий к статье | ||||
