Controler de tensiune sincron coborâtor de 60V

31 IANUARIE 2016

Monolithic Power Systems (MPS) (Distribuție prin CODICO GmbH) prezintă circuitul MPQ2908A care oferă o sursă de tensiune eficientă pentru toate sistemele cu o gamă de tensiune de intrare de la 5V la 60V. Tensiunea de ieșire este limitată la maxim 24V.

Autori: Jens Hedrich și Mario Willeit – Ingineri de aplicații seniori la MPS

 


Codico_EA0116_Schema

Circuitul extern

Codico_EA0116_Grafic-1

Eficiența la Vin = 24V și Vout = 5V cu diferite FET-uri

Controlerul, cu frecvență fixă și arhitectură Peak Current Mode, funcționează cu acționare pe poarta MOSFET-lui la nivel logic de 5V. Astfel încât, prin optimizarea pierderilor de comutare pentru fiecare combinație de tensiune de intrare și curent prin sarcină, MPQ2908A oferă o ajustare a setării frecvenței într-o gamă de la 100kHz la 1MHz.
MPQ2908A poate fi, de asemenea, sincronizat cu un oscilator extern. Două module pot fi acționate prin ieșirea SYNCO defazate cu 180°, ceea ce reduce curentul RMS de intrare al întregului circuit.
Dacă tensiunea de ieșire se află în intervalul de ±10% din tensiunea nominală de ieșire, ieșirea Open Drain Power Good (PG) are nivel ohmic înalt; dacă tensiunea de ieșire este în afara acestui interval, atunci ieșirea este comutată la potențialul de referință (GND – ground).
Tensiunea de prag pentru limitarea curentului de ieșire poate fi ajustată la intrarea ILIM, cu trei valori de prag specificate și anume 25mV (ILIM = GND), 50mV (ILIM = Vcc1) și 75mV (ILIM = Open). Acest lucru face mai ușoară alegerea rezistorului senzor de curent (Sense), iar cu o selecție de 25mV, pierderea de putere la curenți mari poate fi redusă.
Dacă MPQ2908A urmează a fi utilizat la curenți de ieșire mici în modul de lucru cu sarcină ușoară (AAM) pentru creșterea eficienței, sau dacă se alege o frecvență de comutare fixă (CCM) pentru a furniza un riplu scăzut pe tensiunea de ieșire, se poate defini modul de lucru de către utilizator, prin intermediul intrării CCM/AAM.
Pentru tensiuni înalte de intrare și ieșirea cu valori între 5V și 16V, controlerul liniar intern Vcc1 alimentat din Vin poate fi deconectat prin impunerea unei tensiuni între 4.7V și 16V la Vcc2. Acest lucru reduce pierderea de putere în MPQ2908A, în special la utilizarea de MOSFET-uri cu rezistență ohmică foarte scăzută, cu sarcină mare pe poartă. Controlerul liniar de tip low-drop de la Vcc2 la Vcc1 are o tensiune de ieșire nominală de 7.5V.
Datele de eficiență ale unui circuit MPQ2908A pentru Vin = 24V și Vout = 5V la 475kHz au fost măsurate o dată cu FET-uri Vishay SQJ850EP (tipic 26mΩ la 25°C) și o dată cu cu FET-uri Infineon BSC100N06LS3 (tipic 12mΩ la 25°C).
Până la un curent de sarcină de 3A (15W), FET-ul SQJ850 oferă o eficiență mai mare; de la 3A la 7A FET-ul BSC100N06LS3 oferă o eficiență mai mare, datorită R_DS_ON (Rezistența Drenă-Sursă în conducție) mai mică.
FET-ul Vishay are pierderi mai mici de comutare datorită capacităților parazite mai mici, ceea ce înseamnă o eficiență mai mare în intervalul de sarcină mai mică.

În funcție de raportul dintre tensiunea de intrare și cea de ieșire, poate fi avantajos să se utilizeze un FET cu rezistența R_ON mai mare rezultând pierderi mai reduse de încărcare pentru un FET cu poartă în partea de sus FET(TG) și să se utilizeze un MOSFET optimizat pentru R_ON scăzută pentru un FET cu poartă în partea de jos FET(BG). În general, ar trebui să fie utilizate mereu MOSFET-uri de tip FET(TG) cu o capacitate mai mică poartă -drenă sau cu specificația Q_GD scăzută. Această capacitate trebuie să permute tensiunea de intrare și tensiunea de poartă, atunci când se comută un FET de tip FET(TG).

Codico_EA0116_Grafic-2

Eficiența la Vin = 24V și Vout = 12V pentru o sarcină de 3-4A, cu SQJ850 (FET de control) optimizat în HS și BSC100N06LS3 (FET sincron) în LS (pentru sarcini mai mari, trebuie folosite 2x BSC100N06LS3).

Pentru a proteja convertorul în sine, precum și pentru protejarea componentelor din schemă împotriva distrugerii, MPQ2908A a implementat o serie de mecanisme diferite. De exemplu, modulul este prevăzut cu o caracteristică de recunoaștere a tensiunii de intrare sub nivelul normal, precum și protecția la supratensiune și la supracurent la ieșire. La temperaturi de peste 170°C, modulul, în gene­ral, se oprește. Recunoașterea subtensiunii asigură că tensiunea de intrare este suficient de mare pentru funcționarea fiabilă a convertorului. Protecția la supratensiune (OVP) la ieșire asigură că modulul ce este alimentat nu este afectat de o tensiune de ieșire prea mare. Pentru a realiza acest lucru, în cazul în care tensiunea este depășită la pinul de feedback-ul cu aproximativ 10%, MOSFET-ul care este conectat la pământ (ground) este comutat să se deschidă, ceea ce reduce tensiunea de ieșire. Odată ce tensiunea de ieșire atinge limitele normale din nou, operarea continuă în mod normal.
Protecția la supracurent (OCP) întrerupe ciclul de comutare (MOSFET-ul HS – High Side – este dezactivat) atunci când se ajunge la o valoare pre­stabilită. În funcție de schimbarea stării la pin-ul ILIM (GND, VCC, open), trei valori diferite pot fi setate pentru “limita de curent” (25/50/75 mV). Măsurarea efectivă a curentului are loc prin intermediul unui rezistor extern (rezistor dedicat pentru măsurare curent sau rezistența internă a bobinelor), care oferă o tensiune proporțională la intrările de măsurare (Sense+, Sense-). Limita actuală reală este determinată de valoarea tensiunii măsurată pe rezistența externă și “limita de curent” (25/50/75mV), care a fost stabilită la intrările Sense. Prin selectarea tensiunii de deco­nectare la intrările Sense, circuitul poate fi optimizat extrem de bine în ceea ce privește pierderile de putere și precizie. Dacă un scurt-circuit este identificat la ieșire (tensiunea de feedback Vfb ajunge sub o valoare de prag specific), atunci, în plus, frecvența de comutare este redusă, astfel încât curentul din șocul magnetic nu poate crește din nou la fiecare încercare de pornire.

Pentru aplicații în care tensiunea de intrare și tensiunea de ieșire au nivele foarte aproapiate, circuitul MPQ2908A este, de asemenea, ideal proiectat (are modul de funcționare denumit low drop-out). Tabelul următor prezintă comportamentul controlerului la diferiți curenți de ieșire și la o tensiune de intrare de 5V (tensiunea de ieșire a controlerului este setată la 5V).
Notă. Un regulator low-dropout sau LDO este un regulator de tensiune DC liniar care poate reglementa tensiunea de ieșire chiar și atunci când tensiunea de alimentare este foarte aproape de nivelul tensiunii la ieșire.

Căderea de tensiune la ieșire, la curentul de ieșire de 3A, este de numai aproximativ 140mV. Acest lucru este realizat de un circuit special bootstrap, care permite funcționarea MOSFET-ului cu canal N, conectat la Vin, chiar și la un factor de umplere foarte mare (perioadă activă = 99%).

Codico_EA0116_Algoritm-1

Mecanisme de protecție în MPQ2908A (când la ieșire apare supratensiune, supracurent, și deconectare la supra-temperatură) OVP = Over Voltage Protection, OCP = Over Current Protection, OTP = Over Temperature Protection

Iout   0A       0.5A     1A        2A       3A
Vout 4.99V 4,97V  4,95V  4,90V   4,86V
Vin=5V
Acest lucru face ca MPQ2908A să fie o soluție universală pentru aplicațiile cu cerințe de performanță superioare și pentru tensiuni de intrare de până la 60V.
În cazul în care sunteți interesați de utilizarea circuitului MPQ2908A sau aveți întrebări suplimentare, vă rugăm să nu ezitați să contactați compania CODICO – distribuitor oficial al MPS.
Ceea ce face deosebit distribuitorul CODICO, este furnizarea de asistență tehnică din faza de dezvoltare până la produsul final, precum și promovarea și vânzarea de produse de calitate de top, în exclusivitate.

Pentru întrebări suplimentare contactați:

Gabriel Neagu
Tel: 0318059955
Gabriel.Neagu@codico.com

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre