VIPer – новое слово в проектировании импульсных источников питания
27 июня 2008
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.
Рис. 2. Принципиальная схема включения микросхемы семейства VIPer
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.
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
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.
Таблица 2. Сводная таблица рекомендованных к замене приборов
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.
В заключение хочется отметить, что компания STMicroelectronics предоставляет разработчикам пакет бесплатного программного обеспечения для расчета параметров источника питания, построенного на основе микросхем семейства VIPer (см. рис. 4).
Рис. 4. Интерфейс программного обеспечения для расчета источника питания на приборах 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.
Ответственный за направление в КОМПЭЛе — Александр Райхман
Получение технической информации, заказ образцов, поставка —
e-mail: [email protected]
Расширение семейства 32-разрядных микроконтроллеров
Компания STMicroelectronics существенно увеличила номенклатуру выпускаемых микроконтроллеров передового семейства микроконтроллеров STM32.
В линейку добавлены 28 новых приборов. Старшие модели имеют размер флэш-памяти 256 кБ, 384 кБ или 512 кБ. Оперативная память также увеличивается до 64 кБ для 72 МГц линейки контроллеров Performance и до 48 кБ для 36 МГц линейки Access.
Расширенная периферия встраивается в контроллеры, имеющие память 256 кБ и больше, и представляет собой специализированный контроллер памяти (FSMC — Flexible Static-Memory Controller), который обеспечивает работу с NOR- и NAND-флэш, оперативной и компакт флэш-памятью. В микроконтроллере также имеется I2S порт, который поддерживает как режим ведущего, так и ведомого абонента, двухканальный двенадцатиразрядный ЦАП и ETM (Embedded Trace Macrocell) для улучшения возможностей отладки. В состав периферии входят до пяти UART/USART, три SPI и две шины I2C, а также USB- и CAN-интерфейсы во всех микроконтроллерах линейки Performance.
Младшие модели с объемом флэш памяти до 64 кБ выпускаются в корпусе QFN, а старшие — в корпусах LQFP64, LQFP/BGA100 и LQFP/BGA144.
