НОВЫЕ СЕМЕЙСТВА МИКРОСХЕМ POWER INTEGRATIONS ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Роман Поташов, инженер, ЗАО «КОМПЭЛ»
С появлением на рынке ШИМ-контроллеров проектирование импульсных источников питания упростилось. Их габариты заметно уменьшились, т.к. отпала необходимость в применении дополнительных компонентов. Специалистам компании Power Integrations удалось совместить на одном кристалле высоковольтный МОП-транзистор и управляющий ШИМ-контроллер, заметно повысив степень интеграции элементов, что позволяет проектировать источники питания с минимальным числом внешних компонентов.
ВВЕДЕНИЕ
В статье рассказывается о микросхемах компании Power Integrations Inc. (расположена в знаменитой Кремниевой долине, г. Сан-Хосе, штат Калифорния, основана в 1988 г.). Микросхемы рассчитаны на входное напряжение до 265 В переменного тока и предназначены для построения импульсных источников питания. Изюминка заключается в высоком КПД при малой нагрузке вплоть до холостого хода. Это обстоятельство очень важно, т.к. огромное количество энергии расходуется впустую из-за неэффективной работы источников питания многочисленных бытовых и индустриальных устройств, находящихся в режиме ожидания. Используя EcoSmartTM- структуры, которые впервые были получены в 1998 г., компания предлагает всем изготовителям электронного оборудования новые средства борьбы против «электронных вампиров*.
Таблица 1. Семейства микросхем для построения источников питания
ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МИКРОСХЕМ
Специалистам компании удалось осуществить прорыв в полупроводниковой индустрии — разработать уникальную технологию, позволяющую интегрировать на одном кристалле высоковольтный МОП-транзистор и управляющий ШИМ-контроллер. В результате, в производственной линейке компании появилось семейство микросхем для разработки компактных источников питания (см. табл. 1).
Энергосберегающая технология EcoSmart , разработанная Power Integrations, повышает КПД импульсного источника питания при малых нагрузках и на холостом ходу, тем самым значительно сокращая расход электроэнергии многочисленных электронных устройств, пребывающих в режиме пониженного энергопотребления. Последнее позволяет проектировщикам и производителям конечных изделий соответствовать мировым стандартам экономичности.
Рис. 1. Расположение выводов высоковольтной части микросхем Power Integrations
Рис. 2. Типовая принципиальная схема включения LinkSwitch-XT
Микросхемы, выпускаемые Power Integrations, доступны в корпусах DIP8. SMD8." ТО220, Т0262. Отметим увеличенное расстояние между выводами микросхем, к которым подключаются проводники с высоким напряжением (см. рис. 1). У микросхем, монтируемых на радиаторе, исток высоковольтного МОП-транзистора соединен с металлической подложкой. Кратко остановимся на новых семействах микросхем Power Integration — LinkSwitch-XT. TinySwitch-III. PeakSwitch.
LinkSwitch-XT — это новый уео-вершенствованный представитель семейств LinkSwitch и LinkSwitch-LP. Главное преимущество LinkSwitch- XT. отличающее их от всех предыдущих подобных семейств. — высокая стабильность выходного напряжения. Микросхемы семейства LinkSwitch-XT отлично подходят для построения источников питания, где повышены требования к стабильности напряжения в сети электропитания, например, измерительное оборудование и системы охраны. Микросхема имеет рабочий диапазон входных напряжений 85.-265 В. Основная область применения — устройства мощностью до 4 Вт (адаптерное исполнение), в открытом конструктиве мощность может достигать 9 Вт (230 В, 50 Гц). Основные особенности данного семейства:
— малое число компонентов;
— невысокая стоимость при высокой стабильности выходного напряжения;
— инновационные технологии Clamp less и 1С Trimming transformer construction;
— встроенный авторестарт по защите от короткого замыкания и разрыва цепи обратной связи;
— отсутствие обмотки питания обратной связи, что существенно уменьшает стоимость трансформатора.
Универсальный диапазон входного напряжения (S5...265 В) допускает использование устройства на основе микросхем Power Integrations в любой стране мира. Технология энергосбережения EcoSmart позволяет устройству в отсутствии нагрузки потреблять от 300 мВт (без обмотки питания опто-пары) до 50 мВт (с обмоткой). При этом микросхемы удовлетворяют всем мировым стандартам энергосбережения. Защита от перегрева (гистерезис) делает устройство более надежным. Схема частотного джиттера (frequency jitter) снижает ЭМИ и делает фильтрующие элементы более дешевыми. На рисунке 2 показана типовая принципиальная схема включения микросхем LinkSwitch-XT.
Представителем, пополнившим ряд семейств TinySwiteh, стала серия микросхем TinyS\\*itch-III, которая позволяет строить импульсные источники питания с широким диапазоном мощностей 3...28 Вт, что делает их привлекательными при использовании в источниках питания бытовой и индустриальной аппаратуры. Благодаря высокому уровню интеграции и широкому набору встроенных функций семейство микросхем TinySwitch-III позволяет создавать надежные источники питания, успешно конкурирующие с другими аналогичными производителями при самых простых дискретных решениях. Кроме того, в микросхему встроены схема перезапуска, защита от повышенного и пониженного входных напряжений, температурная защита (гистерезис) и схема частотного джит-тера (для минимизации ЭМИ).
UnySwitch-III допускает создание гибких решений при проектировании. Например, разработчик может выбрать для каждого представителя семейства один из трех уровней ограничения выходного тока, без каких-либо дополнительных выводов микросхемы. Ключевое улучшение семейства по сравнению с предыдущими семействами TinySwitch,— возможность оптимизировать каждый источник питания, исходя из КПД или максимальной выходной мощности. При этом соседние микросхемы семейства имеют одинаковые уровни ограничения мощности, при которых в одном источнике питания заменяется одна микросхема семейства на другую без замены трансформатора. Таким образом, производитель может выпускать блоки питания различной мощности, просто заменяя микросхемы и не изменяя при этом топологию печатной платы.
Типовая принципиальная схема включения TinySwitch-III показана на рисунке 3.
Рис. 3. Типовая принципиальная схема семейства TinySwitch-lll
PeakSwitch — принципиально новое семейство микросхем, предназначение для построения импульсных источников питания с большими пиковыми значениями тока нагрузки. Микросхема способна выдержать значительные пиковые нагрузки, что позволит создавать на ее основе малогабаритные блоки питания для применения в широко распространенных устройствах — принтерах, видеорекордерах, аудиоусилителях и т.д.
Например, у струйного принтера среднее значение потребляемой мощности составляет 30 Вт. в режиме печати для запуска двигателя протяжки бумаги требуется увеличение мощности на выходе источника питания до 80 Вт. Импульсный преобразователь с пиковым увеличением тока нагрузки позволяет достичь пикового значения мощности за счет увеличения частоты преобразования на несколько миллисекунд с последующим возвращением в исходный режим. Такое решение дает возможность использовать трансформаторы, конденсаторы и другие компоненты, рассчитанные на длительный режим работы с усредненным потреблением и имеющие, соответственно, габариты меньше, чем необходимы для пиковой выходной мощности. Этим достигается оптимизация построения блока питания, снижение его стоимости и габаритов. На рисунке 4 представлена типовая принципиальная схема семейства PeakSwiteh.
Рис. 4. Типовая принципиальная схема семейства PeakSwitch.
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Для ускорения и упрощения разработки источника питания на базе микросхем Power Integrations существует специальный программный пакет PI EXPERT, который включает в себя следующие программы: PI EXPERT, PI XLS. PI EXPERT TRANSFORMER DESIGNER.
1. PI EXPERT - мощный программный пакет с графическим интерфейсом, который производит следующие действия по расчет\т источника питания:
— автоматический расчет параметров элементов схемы;
— оптимизирует полученную конструкцию, исходя из критериев стоимости источника и его КПД;
— автоматическую или ручную пошаговую оптимизацию;
— точно подобрать параметры критических компонентов схемы, необходимых для устойчивой работы источника;
— результат расчета представляется в виде блок-схемы источника, а также в виде таблицы, в которую поблочно сведены параметры элементов схемы;
— сократить время проектирования источника до нескольких минут.
2. PI XLS — программа, представляющая собой автоматическую электронную таблицу, которая при вводе исходных данных (из технического задания) полностью рассчитывает все параметры источника. Результат расчета представлен в форме таблицы.
3. PI EXPERT TRANSFORMER DESIGNER — программа, которая по результатам проектирования в PI EXPERT и PI XLS позволяет рассчитать спецификацию трансформатора и конструктивные особенности.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Обеспечить устойчивое питание современной электронной техники при постоянном уменьшении габаритных размеров устройств и повышенном требовании к энергосбережению — задача не из простых. Но микросхемы, выпускаемые Power Integrations и рассмотренные выше, позволяют разработчику в самые короткие сроки спроектировать блок питания под любые технические требования, затратив при этом минимум усилий. А специализированное программное обеспечение сведет к минимуму количество ошибок, допу-щенных при проектировании трансформатора. Также немаловажно заметить, что поиск неисправностей и ремонт источников питания, построенных на основе данных микросхем, становятся гораздо проще, что эффективно сказывается на затратах по дальнейшему сервисному обслуживанию изделия.
Более подробную техническую информацию можно найти на сайте производителя или получить в компании «КОМПЭЛ» .
