Журнал "Новости Электроники", номер 14, 2007 год.Понижающие DC/DC-преобразователи Texas Instruments со встроенным ключом
В список продукции для электропитания компании Texas Instruments входят изделия для создания источников питания различной сложности и мощности (Power Managment): драйверы для управления мощными полевыми транзисторами, ШИМ-контроллеры, корректоры коэффициента мощности, преобразователи для устройств с батарейным питанием, классические линейные стабилизаторы, гальванически развязанные DC/DC-преобразователи и т.д.
Отдельно можно выделить группу повышающих, понижающих и инвертирующих DC/DC-преобразователей без гальванической развязки, предназначенных для питания малогабаритных устройств самого разного назначения.
В качестве примера в рамках данной статьи подробно рассмотрены преобразователи TPS5410, TPS5430 и TPS5431.
Понижающие преобразователи TPS5410/30/31 семейства SwiftTM [1] отличаются высоким максимальным выходным током до 3 А (для TPS5410 до 1 А) и пиковым ток до 4 А (для TPS5410 до 1,2 А) в уникально маленьком корпусе SO-8. Это стало возможным благодаря повышению КПД преобразователя до 92...95%, против традиционного значения в 70...80% у ближайших аналогов. Столь высокие характеристики достигаются благодаря интеграции ключевого МОП-транзистора с ультранизким сопротивлением канала (0,1 Ом) и повышению частоты преобразования до 500 кГц (большинство аналогичных преобразователей работает на меньшей частоте в 100...200 кГц). Кроме того, повышение частоты преобразования позволяет использовать в схеме катушку вдвое меньшей индуктивности и выходной конденсатор вдвое меньшей емкости по сравнению с другими аналогичными преобразователями, что снижает размеры и стоимость конструкции в целом.
Встроенная тепловая защита, защита по выходному току, вход разрешения работы (ENA), узел для контроля входного напряжения являются необходимым узлами практически в любом современном преобразователе, поэтому они включены в состав TPS5410/30/31 (рис. 1). Для надежного управления встроенным транзистором предусмотрен встроенный узел вольтдобавки (вывод BOOT). Точность регулирования выходного напряжения не хуже 1,5%.
Рис. 1. Внутренняя структурная схема DC/DC-преобразователей TPS5410/30/31
Уникальность этих преобразователей заключается в очень широком диапазоне входного напряжения от 5,5 В до 36 В, в выходном напряжении от 1,22 В, регулируемом внешним резистивным делителем, и в широком диапазоне рабочей температуры (табл. 1). Благодаря этому область применения TPS5410/30/31 ограничивается разве что максимальной выходной мощностью, поскольку силовой транзистор встроен непосредственно в корпус преобразователя. В то же время этот встроенный силовой транзистор позволяет значительно сократить число внешних компонентов и габариты преобразователя (рис. 2). Микросхема имеет защиту от перегрева и самовосстанавливающуюся защиту от перегрузки по току.
Таблица 1. Основные параметры DC/DC-преобразователей TPS5410/30/31| Параметр | TPS5410 | TPS5430 | TPS5431 |
|---|---|---|---|
| IВЫХ МАКС, А | 1 | 3 | |
| IВЫХ ПИК, А | 1,2 | 4 | |
| UВХ МИН, В | 5,5 | ||
| UВХ МАКС, В | 36 | 23 | |
| UВЫХ МИН, В | 1,22 | ||
| UВЫХ МАКС, В | 31 | 20 | |
| IПОТР АКТ, мА | 4 | ||
| IПОТР ВЫКЛ, мкА | 50 | ||
| FУПР МАКС, кГц | 500 | ||
| TРАБ, °С | -40...125 | ||
| Корпус | 8SO | 8SO PowerPAD | |
при IВЫХ = 1 А
Микросхемы TPS5410/30/31 имеют низкий уровень пульсаций как входного, так и выходного напряжения (рис. 3), что позволяет строить на их основе преобразователи без необходимости включения на выходе дополнительных ВЧ фильтров.
TPS5410/30/31 способны работать как в режиме понижающего, так и в режиме инвертирующего DC/DC-преобразователя. Основная область применения TPS5410/30/31 - устройства с номинальным напряжением питания 12/24 В: бытовая техника, питание ламп подсветки ЖКИ-панелей, промышленные и автомобильные источники питания, зарядные устройства для аккумуляторов, питание сверхъярких светодиодов и т.п. Идеально подходят для организации питания энергоемких микропроцессоров (например, семейство TMS320 с ядром ЦОС).
TPS5410 выпускаются в специализированном малогабаритном корпусе SO8, а TPS5430/31 - в модифицированном SO8-корпусе со встроенной теплоотводящей пластиной PowerPAD (Thermally Enhanced SOIC). Оба корпуса рассчитаны для поверхностного монтажа.
Для начального ознакомления и дальнейшей отладки источников на базе преобразователей TPS5410 фирма TI предлагает недорогой одноплатный отладочный набор TPS5410EVM-203 (рис. 4), состоящий из двух независимых DC/DC-преобразователей на базе TPS5410.
Рис. 4. Принципиальная схема отладочного набора TPS5410EVM-203
Для расчета источников на базе преобразователей SwiftTM фирма Texas Instruments предоставляет бесплатную среду Swift Designer Tool [2] и пришедшую ей на смену, также бесплатную, среду SwitcherProTM [3]. Оба программных продукта позволяют производить полную разработку источников питания на преобразователях семейств TPS40, TPS50K (SwiftTM) и TPS60 (LoPwrDC) и имеют богатый набор примеров законченных проектов. Возможности программ не исчерпываются только лишь расчетами схем на основе выбранной микросхемы по заданным входным параметрам, но и позволяют рассчитывать КПД преобразователя, время отклика по цепи обратной связи, предельные рабочие параметры; строить графики зависимости одних параметров от других и многое другое.
Ссылки
1. Импульсные преобразователи семейства SwiftTM - www.ti.com/swift
2. Среда разработки Swift Designer Tool - http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/swift-sw.html
3. Среда разработки SwitcherProTM - http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/switcherpro.html.
Получение технической информации, заказ образцов, поставка -
e-mail: analog.vesti@compel.ru
| Ваш комментарий к статье | ||||
