Перетворювач DC / DC - з вбудованим ключем є інтегральну схему (ІС), в яку входить ШІМ-контролер, контур стабілізації напруги, драйвер транзисторного ключа і власне транзисторний ключ (зазвичай польовий МОП-транзистор). Крім того, у такий ІС можуть підтримуватися такі можливості, як дистанційне включення / відключення, сигналізація виходу вихідної напруги з режиму стабілізації (вихід «POWER GOOD») і ін.
Понижуючі DC / DC-перетворювачі, які можуть використовуватися для локалізованої до навантаження стабілізації напруги (Point of Load) компанія TI виділила в окреме сімейство SWIFTTM. Проектування на основі таких стабілізаторів істотно полегшується за рахунок використання безкоштовного програмного забезпечення SWIFT Designer.
Далі DC / DC-перетворювачі будуть розглянуті в контексті їх можливих застосувань в пристроях промислової автоматики.
Понижуючі DC / DC-перетворювачі з широким діапазоном вхідної напруги
Стабілізація змінюється в широких межах напруги є однією з найпоширеніших завдань, з якою стикаються розробники пристроїв промислової автоматики. Дійсно, в таких застосуваннях зазвичай є або змінну напругу 18/24/36 В, або постійне 5/12 В - 24/48 В, в т.ч. напруги батарейних джерел живлення. Зниження цих напруг за допомогою лінійних стабілізаторів, яким властива максимальна простота схеми включення і низька вартість, обмежена струмами навантаженнями до 100 мА або пов'язане з необхідністю використання громіздкого і дорогого тепла. Таким чином, при більш високих токах навантаження застосування імпульсних стабілізаторів є більш виправданим.
Асортимент перетворювачів з широким вхідним діапазоном представлений в табл. 1 (новинки виділені червоним кольором).
Таблиця 1. Понижуючі DC / DC-перетворювачі з широким діапазоном вхідної напруги
Найменування Вхідний
напруга, В Вихідна
напруга, В Макс. струм навантаження, А Fпр., кГц Корпус TL2575 / HV-xx 4,75 ... 40 (60) 3,3 / 5/12/15
1,23 ... 37 (57) 1 52 5 / TO-263 TPS5410 5,5 ... 36 1,23 ... 31 1 500 8 / SOIC TPS5420 5,5 ... 36 1,23 ... 31 2 500 8 / SOIC TPS5430 5, 5 ... 36 1,23 ... 31 3 500 8 / SOIC TPS5450 5,5 ... 36 1,22 ... 31 5 500 8 / SOIC TPS5435x 4,5 (6,3) ... 20 1,2 / 1,5 / 1, 8 / 2,5 / 3,3 / (5)
0,9 ... 12,36 3 700 16 / HTSSOP TPS54283 / 6
TPS54383 / 6 4,5 ... 28 2 x 0,8 ... 25,2 2 + 2
3 + 3 300/600 14 / HTSSOP TPS54550 4,5 ... 20 0,9, ... 12 6 700 16 / HTSSOP TPS6211x 3,1 ... 17 3,3 / 5
1,2 ... 16 1,5 тисячі 16 / QFN Найменування Порівняння з конкуруючими рішеннями Найменування Виробник Переваги TI TL2575 / HV-xx LM2575 / H NSC Сумісна по розташуванню висновків заміна TPS5410 LM2675 NSC Підвищена частота перетворення (500 кГц) L5970D ST Підвищена частота перетворення (500 кГц), знижений власне споживання MIC4690 Micrel Підвищений ККД (до 92%), більш високий макс. вхідна напруга TPS5420 L5973D ST Підвищена частота перетворення (500 кГц), знижений власне споживання LM25005 NSC Підвищений ККД (до 93%), більш низький вхідний напруга TPS5430 LM2676 NSC Підвищена частота перетворення (500 кГц), поліпшені теплові характеристики LM2696 NSC Підвищена частота перетворення ( 500 кГц), поліпшені теплові характеристики MIC4576 Micrel Підвищена частота перетворення (500 кГц), покращений ККД (до 93%) TPS5450 - - - TPS5435x LT1765 LTC Підвищений ККД (до 92%), покращений розкид (1%) TPS54283 / 6
TPS54383 / 6 - - - TPS54550 LM2677 NSC Підвищена частота перетворення (700 кГц), більш компактний корпус LM2678 NSC Підвищена частота перетворення (700 кГц), покращений ККД (> 90%), більш компактний корпус TPS6211x LM2734 NSC Підвищений ККД (до 95% ), пониж. власне споживання, економічний режим роботи MIC2179 Micrel Підвищена частота перетворення (1 МГц), більш компактний корпус, економічний режим роботи
Там же приведена інформація про найближчі аналоги і переваги пропозиції TI. Інформація по, ймовірно, найбільш привабливому для розробників сімейства стабілізаторів TPS54х0, який при розміщенні в мініатюрному 8-вивідному корпусі SOIC характеризується верхньою межею вхідного діапазону 36 В і великим вихідним струмом 1 ... 5 А, вже публікувалася на сторінках журналу [1], тому тут більш детально зупинимося на наступному (по верхній межі вхідного діапазону) перетворювачі, а точніше сімействі двохканальних перетворювачів TPS54x83 / 6. Завдяки широкому вхідному діапазону і можливості регулювання вихідної напруги від 0,8 В, дані стабілізатори можуть використовуватися в різних цілях, наприклад:
- перетворення напруги 24 В в 12 В для живлення пристроїв сполучення і 5 В для живлення мікроконтролера;
- перетворення напруги 12 В в 5 В і 3,3 В в мікропроцесорних системах зі змішаним харчуванням;
- перетворення напруги 5 В в 3,3 В і 1,2 В в цифрових системах з роздільним харчуванням логічного ядра і інтерфейсів вводу-виводу.
Докладні принципові електричні схеми для кожного з цих застосувань наводяться в документації [2], тут же обмежимося спрощеною схемою включення (рис. 1).
Мал. 1. Укрупнена схема включення двохканальних DC / DC-перетворювачів TPS54x8x
Завдяки внутрішній установці частоти перетворення (Fпр), параметрів плавного запуску та інтегруванню схеми компенсації контуру стабілізації напруги, перетворювач досить простий в застосуванні і вимагає мінімально необхідну кількість зовнішніх компонентів. Крім того, перетворення на достатньо великій частоті (300/600 кГц) дозволить навіть при роботі з максимальним перепадом напруги використовувати дроселі індуктивністю менше 50 мкГн, що істотно здешевить 2 ... 3-амперні каскади електроживлення. Обидва канали оснащені захистом від струмового перевантаження, причому поріг її спрацьовування в першому каналі фіксований (3 А і 4,5 А у 2- і 3-амперних версій, відповідно), а в другому - задається через висновок ILIM2: відповідно, 4,5 А та 1,5 А (ILIM2 з'єднаний з BP), 3 А (ILIM2 залишений непідключеним) і 1,5 А (ILIM2 з'єднаний з GND). Особливу гнучкість даного перетворювача надає роздільне розташування входів харчування кожного каналу. Це робить можливим живити кожен канал різними напругами або організувати каскадне харчування, коли вихід одного перетворювача живить вхід іншого. Однак при цьому необхідно враховувати, що внутрішній стабілізатор напруги, що живить всю внутрішню логіку, в т.ч. схему блокування при зниженні напруги (поріг 4,1 В), отримує харчування з виведення PVDD2. З цього випливає вимога для роздільного або каскадного харчування: напруга на вході PVDD2 має бути вище напруги на вході PVDD1. Також необхідно, щоб до наростання напруги на PVDD1 напруга на вході PVDD2 припинило поріг блокування при зниженні напруги.
При побудові каскаду харчування цифрових схем, що вимагають формування напружень харчування в певній послідовності, допоможе функція програмування через висновок SEQ режимів формування вихідних напруг: два послідовних і один роздільний або одночасний (див. Табл. 2).
Таблиця 2. Режими формування вихідних напруг
підключення
виведення SEQ Режим формування
вихідних напруг Висновок EN1 Висновок EN2 BP Послідовний: спочатку вихід 2, а потім 1 Активний тільки якщо дозволена роботу 2-ого каналу (через висновок EN2). Активний GND Послідовний: спочатку вихід 1, а потім 2 Активний Активний тільки якщо дозволена робота 1-ого каналу (через висновок EN1). не підключений Незалежний або одночасний Для одночасності виходу на режим стабілізації висновки EN1 і EN2 потрібно з'єднати разом
При послідовному формуванні напруг затримка активізації «веденого» каналу становить приблизно 400 мкс щодо моменту виходу в режим стабілізації «ведучого» каналу. Якщо обраний незалежний режим, і висновки EN1 і EN2 пов'язані один з одним, то формування напруг буде відбуватися зі збереженням сталості їх співвідношень. Завдяки цьому досягається одномоментність виходу в режим стабілізації обох каналів.
Низьковольтні DC / DC-перетворювачі для зниження напруги шин +3,3 і +5,0 В
Такі перетворювачі необхідні в пристроях, де використовуються низьковольтні мікропроцесори, ЦПОСІ, програмована логіка, спеціалізовані НВІС (ASIC) і / або синхронні динамічні ОЗУ, і застосовується архітектура розподіленого харчування від шин напругою +3,3 В або +5,0 В. TI пропонує великий асортимент перетворювачів для таких застосувань (табл. 3).
Таблиця 3. Низьковольтні знижують DC / DC-перетворювачі
Наймену-вання
Вхідний
напря-
ються, В Вихідна
напруга,
В Макс.
струм
навантаження,
А Fпр.,
кГц Корпус Особливості TPS40222 4,5 ... 8 0,8 ... 0,9 Vвх 1,6 1250 6 / SON Малий 6-вив. корпус (3х3 мм) TPS54010 2,2 ... 4 0,9 ... 2,5 14 700 28 / HTSSOP Вбудований синхронний випрямляч TPS54073 2,2 ... 4 0,9 ... 2,5 14 700 28 / HTSSOP Блокування втекания струму під час запуску TPS54110 3 ... 6 0,9 ... 4,5 1,5 700 20 / HTSSOP Вбудований синхронний випрямляч TPS5431x 3 ... 6 0,9 / 1,2 / 1,5 / 1,8 /
2,5 / 3,3 0,9 ... 3,3 3 700 20 / HTSSOP Вбудований синхронний випрямляч TPS54317 3 ... 6 0,9 ... 3,3 3 1600 24 / QFN Вбудований синхронний випрямляч TPS54373 3 ... 6 0,9 ... 3 , 3 3 700 20 / HTSSOP блокування втекания струму під час запуску TPS54377 3 ... 6 0,9 ... 3,3 3 1600 24 / QFN блокування втекания струму під час запуску TPS54380 3 ... 6 0,9 ... 4,5 3 700 20 / HTSSOP Функція відстеження напруги TPS5461х 3 ... 6 0,9 / 1,2 / 1,5 / 1,8 /
2,5 / 3,3 0,9 ... 4,5 6 700 28 / HTSSOP Вбудований синхронний випрямляч TPS54672 / 3
TPS54872 / 3 3 ... 6 0,2 / 0,9 ... 4,5 6 8 700 28 / HTSSOP Функція відстеження напруги / блокування втекания струму під час запуску TPS54680
TPS54880 3 ... 6 4 ... 6 0,9 ... 4,5 0,9 ... 3,3 6 8 700 28 / HTSSOP Функція відстеження напруги при подачі / зняття харчування TPS54810
TPS54910 4 ... 6 3 ... 4 0,9 ... 3,3 0,9 ... 2,5 8 9 700 28 / HTSSOP Вбудований синхронний випрямляч, розкид 1% TPS54972 / 3 3 ... 4 0,2 / 0,9 ... 4, 5 9 700 28 / HTSSOP Функція відстеження напруги / блокування втекания струму під час запуску TPS54974 2,2 ... 2,8 0,9 ... 2,0 9 700 28 / HTSSOP Вбудований синхронний випрямляч, розкид 1% TPS54980 3 ... 4 0,9 ... 2,5 9 700 28 / HTSSOP Функція відстеження напруги TPS6200х 2 ... 5,5 0,9 / 1 / 1,2 / 1,5 / 1,8 /
1,9 / 2,5 / 3,3 0,9 ... 5 0,6 1000 10 / MSOP ККД 95% TPS6202х
TPS6204х 2,5 ... 6 3,3 / 0,7 ... 6 1,5 / 1,6 / 1,8 / 3,3 / 0,7 ... 6 0,6 1,2 1 500 10 / MSOP-PPAD, 10 / SON ККД 95%, два вибіркових режиму роботи: економічний при малих токах навантаження і режим з постійною частотою перетворення TPS6205х 2,7 ... 10 1,5 / 1,8 / 3,3 / 0,7 ... 6 0,8 тисячі 10 / MSOP Сумісність з більшістю акумуляторних батарей: 1 ... 2 х Li-Ion, 3 ... 5 х NiMH / NiCd TPS6210х 2,5 ... 9 0,8 ... 8 0,5 600 ... 2500 8 / SOIC Три режими роботи: автоматичний, відключення , постійна частота перетворення TPS6220х 2,5 ... 6 0,7 ... 6 / 1,2 / 1,5 / 1,6 / 1,8 / 1,875 / 2,5 / 3,3 0,3 1500 5 / SOT-23 ККД 95%, мініатюрний корпус TPS6222х 2,5 ... 6 1,2 / 1,5 / 1,6 / 1,8 /
1,875 / 2,3 0,7 ... 6 0,4 1850 5 / SOT ККД 95%, собств. споживання 15 мкА, мініатюрний корпус TPS6224х 2 ... 6 0,6 ... 6 0,3 2250 6 / SON Мініатюрний корпус з розмірами 2х2 мм TPS6226х 2 ... 6 1,2 / 1,8 / 2,5 / 0,6 ... 6 0 , 6 2250 6 / SON Мініатюрний корпус з розмірами 2х2 мм TPS62270 2 ... 6 0,6 ... 6 0,4 2250 6 / SON Мініатюрний корпус з розмірами 2х2 мм TPS6229х 2,3 ... 6 1,8 / 3,3 / 0, 6 ... 6 1 2250 6 / SON Мініатюрний корпус з розмірами 2х2 мм TPS6230х
TPS6231х 2,7 ... 6 1,2 / 1,5 / 1,6 / 1,8 /
1,875 0,6 ... 5,4 0,5 3000 10 / SON, 8 / DSBGA Доступність в корпусах QFN і Chip-Scale TPS6232х 2,7 ... 6 0,6 ... 5,4 / 1,5 0,5 3000 10 / SON, 8 / DSBGA Доступність в корпусах QFN і Chip-Scale TPS6235х 2,7 ... 5,5 0,75 ... 1,975 1 3000 12 / DSBGA Динамічне. масштабування напруги через інтерфейс I2C TPS6240х
TPS62410
TPS62420 2,5 ... 6 2 х 0,6 ... 6 0,4 + 0,6 0,8 + 0,8 0,6 + 1 2250 10 / SON 2 каналу в мініатюрному корпусі, 1-пров.інтерфейс EasyScale TPS62510 1 , 8 ... 3,8 0,6 ... 3,8 1,5 1500 10 / SON ККД 97%, робота від дуже малого вхідного напруги TPS62700 2,7 ... 5,5 1,3 ... 3,09 0,65 2000 8 / DSBGA Стабілізатор для РЧ підсилювачів потужності TPS6502х 2,5 ... 6 3 x 0,6 ... Vвх 1,2 + 1 + 0,8 1500 40 / QFN 3xDC / DC-преобраз. + 3x LDO; I2C інтерфейс; динамічний. масштабування напруги; для систем з живленням від Li-Ion TPS6505х 2,5 ... 6 0,6 ... 2,5 + 0,6 ... 2,5 3,3 + 1 / 1,3 0,6 ... 2,5 + 1,3 / 1,05 0,6 + 0,6 1 + 0,6 2250 32 / QFN 2xDC / DC-преобраз. + 4x LDO в корпусі з розмірами 4 мм х 4 мм
До нього увійшли перетворювачі з вхідним діапазоном від 1,8 до 10 В, вихідним струмом до 14 А, частотою перетворення до 3 МГц (багато хто підтримує можливість її регулювання), з вбудованим синхронним випрямлячем (замінює зовнішній діод Шотткі і покращує ККД перетворення), з підтримкою спеціальних можливостей для багатоканальних каскадів електроживлення (управління послідовністю формування напруг або відстеження напруг), з цифровим інтерфейсом управління (в т.ч. для динамічного масштабування напруги, яке необхід мо для оптимізації енергоспоживання деяких мікропроцесорів) та ін. Багатьом перетворювачів властиво поєднання високого ККД перетворення (більше 90%), малого власного споживання (менше 20 мкА) і розміщення в мініатюрних корпусах з поліпшеним розсіюванням тепла. Такі особливості перетворювачів дозволяють використовувати їх для зниження напруги літієво-іонних акумуляторів і 3 ... 5-елементних нікель-кадмієвих та нікель-металогідридних акумуляторних батарей. Однак для таких застосувань необхідно віддавати перевагу перетворювачів, що підтримують 100% -е заповнення імпульсів, коли вбудований ключ повністю відкритий. Це дозволить максимально повно використовувати енергію батарейного джерела.
Раніше на сторінках журналу [3] вже публікувалася інформація за деякими з представлених в табл. 3 перетворювачів, в т.ч. TPS6220x, TPS623хх і TPS6240x, тому, тут в якості доповнення цієї інформації наводиться приклад побудови стабілізатора напруги 1,8 В, що живиться від шини 3,3 В (рис. 2).
Мал. 2. Приклад високонадійного стабілізатора напруги 1.8 В, що живиться від шини 3.3 В
Цей стабілізатор забезпечить надійність електроживлення споживачів і тривалий термін безвідмовної роботи всієї системи завдяки таким функціям, як блокування формування вихідної напруги до встановлення вхідної напруги до номінального рівня; плавний старт, що обмежує пускові струми і блокування впадає струму під час запуску, що забезпечує можливість запуску з попередньо зміщеною навантаженням.
Понижуючі DC / DC-перетворювачі для живлення мікроконтролерів MSP430
Велике число засобів промислової автоматики виконуються на основі не настільки високопродуктивних і енергоємних цифрових ІС, як перераховувалися вище, а з використанням більш прозаїчних 8/16-бітних мікроконтролерів, що характеризуються більш низьким енергоспоживанням і не пред'являють особливих вимог до управління електроживленням, як, наприклад, динамічне масштабування напруги або формування напруг в заданій послідовності. Однак побудова високонадійного, компактного і ефективного стабілізатора тут також залишається актуальним. Серед представлених в табл. 3 перетворювачів TI виділяє кілька сімейств (рис. 3), які рекомендується використовувати для харчування їх 16-бітних мікроконтролерів з сімейства MSP430 [4].
Мал. 3. Понижуючі DC / DC-перетворювачі для живлення мікроконтролерів MSP430
Якщо врахувати, що принципи харчування мікроконтролерів різних виробників, в т.ч. 8- і 32-бітових, принципово не відрізняються, то ці перетворювачі можуть з таким же успіхом застосовуватися і для харчування інших популярних мікроконтролерів.
Таким чином, компанія Texas Instruments випускає великий асортимент інтегральних схем знижувальних DC / DC-перетворювачів, що дозволяють вирішити широке коло завдань, пов'язаних з реалізацією високонадійних каскадів електроживлення пристроїв промислової автоматики, охоплюючи діапазон вхідних напруг до 60 В і струмів навантаження до 14 А. Перетворювачі характеризуються простотою застосування, малими розмірами кінцевого рішення і високим ККД перетворення. По відношенню до конкуруючим рішенням перетворювачів TI властива більш висока частота перетворення, що дозволить скоротити розміри і знизити вартість кінцевого рішення. Ряд перетворювачів підтримується безкоштовним програмним забезпеченням для синтезу та аналізу схем імпульсних джерел живлення, що ще більше спрощує проектування і знижує ризик прийняття неправильних рішень ще на початкових фазах проектування.
Більш детальну інформацію по розглянутим DC / DC-перетворювачів можна отримати, відвідавши спеціальний розділ сайту їх виробника http: // power.ti.com , Який присвячений продукції для побудови вузлів електроживлення.
посилання:
1. Цвєтков Д. Понижуючі DC / DC-перетворювачі Texas Instruments з вбудованим ключем // Новини електроніки, №14, 2007 р С. 7-9.
2. TPS54383, TPS54386: 3-A DUAL NON-SYNCHRONOUS CONVERTER WITH INTEGRATED HIGH-SIDE MOSFET // Data Sheet, Texas Instruments Incorporated, lit.num. SLUS774B, 2007, P. 33-44.
3. старовірів К. DC / DC-перетворювачі з вбудованим ключем від Texas Instruments // Новини електроніки, №18, 2007 р С. 3-7.
4. MSP430 Ultra-Low-Power MCU Power Management Reference Guide // Lit. num. SLYT218, Texas Instruments Incorporated, 1Q 2006, P. 3.
Відповідальний за напрям в Компел - Марія Рудяк
Отримання технічної інформації, замовлення зразків, поставка -
e-mail: [email protected]
Нові комутатори стандарту DisplayPort c перетворювачами рівня HDMI / DVI
Компанія Texas Instruments представила три компактних пристрої для стандарту цифрового відеоінтерфейсу DisplayPort, безкоштовно розповсюджуваного Асооціаціей стандартів відеоелектроніки (VESA). Ці мікросхеми забезпечують зв'язок між персональними комп'ютерами і відеодисплеями. Володіючи низьким енергоспоживанням, вони забезпечують швидкість передачі даних до 2,7 Гбіт / сек, що допомагає узгодити швидкості стандарту DisplayPort і мультимедійного інтерфейсу HDMI, який зазвичай використовується для з'єднання настільних комп'ютерів, ноут-буків і dock-станцій з DLP-проекторами, комп'ютерними моніторами і цифровими телевізорами.
Пристрої SN75DP122, SN75DP128 і SN75DP129 мають один двухрежимний вхід для сигналу DisplayPort і регульовані виходи для з'єднання з широким набором пристроїв. Подвійний режим означає здатність графічного процесора (GPU) передавати сигнали як стандарту DisplayPort, так і HDMI / DVI по сигнальної шині DisplayPort, одночасно підтримуючи необхідні сигнали управління.
Перетворювач SN75DP129 має один Дворежимний вхід DisplayPort и один вихід діференціального сигналу TMDS. Ця можливість дозволяє користувачеві підключати комп'ютер з виходом DisplayPort до моніторів, оснащеним DVI-входами. SN75DP128 - високоякісний комутатор з одним входом DisplayPort і одним або двома виходами DisplayPort. Це пристрій може використовуватися при з'єднанні c dock-станціями.
SN75DP122 має один вхід DisplayPort в поєднанні з виходом DisplayPort або виходом TMDS з перетворенням рівня, що забезпечує гнучке з'єднання з монітором або телевізором.
має один вхід DisplayPort в поєднанні з виходом DisplayPort або виходом TMDS з перетворенням рівня, що забезпечує гнучке з'єднання з монітором або телевізором.
Пристрої SN75DP122 і SN75DP128 випускаються в корпусі QFN з 56 висновками, SN75DP129 - в корпусі QFN з 36 висновками.
Про компанію Texas Instruments
В середині 2001 р компанії Texas Instruments і КОМПЕЛ уклали офіційну дистриб'юторську угоду, яке стало результатом тривалої і успішної роботи КОМПЕЛ в якості офіційного дистриб'ютора фірми Burr-Brown. (Як відомо, Burr-Brown увійшла до складу TI так само, як і компанії Unitrode, Power Trend і Klixon). З цього часу компанія КОМПЕЛ отримала доступ до постачання всієї номенклатури вироблених компанією TI компонентів, технологій та налагоджувальних засобів, а також ... читати далі
<
