EL_0717_CMYK.qxd 27.07.2017 17:52 Page 46 В статье рассмотрен ряд предлагаемых компанией Maxim Integrated Products (Maxim) ИМС контролеров синхронных понижающих DC/DC-преобразователей семейства Himalaya, их особенности, основные характеристики и преимущества, приведен пример практической реализации схемы преобразователя и сравнение с ближайшими аналогами. Высокоэффективные контроллеры компании Maxim для понижающих DC/DC-преобразователей Владимир Рентюк, г. Запорожье Íàçíà åíèå òàêèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ýòî îðãàíèçàöèÿ øèí ïèòàíèÿ, êàê îáùèõ, òàê è ëîêàëüíûõ, íàïðèìåð, äëÿ îðãàíèçàöèè ïèòàíèÿ òèïà PoL (àíãë. PoL Point-of-Load, èñòî íèê ïèòàíèÿ, ðàñïîëîæåííûé â íåïîñðåäñòâåííîé áëèçîñòè îò íàãðóçêè). Ïîíÿòíî, òî òóò DC/DC-ïðåîáðàçîâàòåëè ïðîñòî âíå êîíêóðåíöèè. Èñïîëüçóåìûå äëÿ ýòèõ öåëåé ìèêðîñõåìû ïîçâîëÿþò ðàçðàáîòàòü èñòî íèê ïèòàíèÿ, îáëàäàþùèå íå òîëüêî ñòàáèëüíûì çíà åíèåì âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, íî è ìàëîãàáàðèòíûé, íå òðåáóþùèé, áëàãîäàðÿ ñâîåìó âûñîêîìó ÊÏÄ, äàæå íà îòíîñèòåëüíî âûñîêèõ òîêàõ â 3.5 5 À ðàäèàòîðîâ èëè èíûõ êîíñòðóêòèâíûõ óõèùðåíèé äëÿ îòâîäà òåïëà. Åùå îäíèì äîñòîèíñòâîì òàêèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ÿâëÿåòñÿ èõ âûñîêàÿ âñåÿäíîñòü ê âõîäíîìó íàïðÿæåíèþ, äèàïàçîí êîòîðîãî, â îòëè èå îò äðóãèõ òèïîâ ñòàáèëèçàòîðîâ íàïðÿæåíèÿ, ìîæåò áûòü âåñüìà øèðîê. Ïî åìó âàæåí èìåííî âåñü äèàïàçîí âõîäíûõ íàïðÿæåíèé? Âåðõíèé åãî ïðåäåë ýòî ïîíÿòíî, ýòî îäèí èç ôóíäàìåíòàëüíûõ êàìíåé äëÿ âûáîðà ÈÌÑ êîíòðîëëåðà. Íî äåëî â òîì, òî åñëè âàì èçâåñòíî íîìèíàëüíîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå âàøåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ, òî âû ìîæåòå åãî îáåñïå èòü òîëüêî â òîì ñëó àå, åñëè ìåæäó ìèíèìàëüíûì âõîäíûì íàïðÿæåíèåì è íåîáõîäèìûì âàì âûõîäíûì áóäåò èìåòü ìåñòî íåêîòîðàÿ ìèíèìàëüíî äîïóñòèìàÿ ðàçíîñòü íàïðÿæåíèé V. Ëó øå âûáèðàòü êîíòðîëëåð ïîíèæàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ, èìåþùèé ñàìîå ìèíèìàëüíîå äîïóñòèìîå çíà åíèå V, òàê êàê ïðè ýòîì, êàê ïðàâèëî, è ðèñêîâ ìåíüøå è êîýôôèöèåíò ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ ïðåîáðàçîâàòåëÿ áóäåò âûøå. Âåñü äèàïàçîí ðàáî èõ òîêîâ âàæåí ïî òîé ïðè èíå, òî íå âñå ÈÌÑ ïðåîáðàçîâàòåëåé ìîãóò îêàçàòüñÿ ðàáîòîñïîñîáíû âî âñåì íåîáõîäèìîì âàì äèàïàçîíå òîêîâ íàãðóçêè. Îñîáåííî ïðîáëåìàòè íî îáåñïå èòü äîëæíóþ ðàáîòîñïîñîáíîñòü ïðåîáðàçîâàòåëåé ñðåäíåé ìîùíîñòè ñ ìàêñèìàëüíûì òîêîì â äèàïàçîíå 3 5 À íà ìàëûõ òîêàõ íàãðóçêè, íàïðèìåð, â 200 ìà. Çäåñü îíè ìîãóò âûéòè èç ðåæèìà. Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, òî ïðåîáðàçîâàòåëü óæå íå â ñîñòîÿíèè ðàáîòàòü íà ñòîëü ìàëûõ äëèòåëüíîñòÿõ èìïóëüñà è êîíòðîëëåð âûêëþ èòñÿ, ëèáî òî ïðîèñõîäèò àùå, îí ìîæåò ïåðåéòè â õàîòè åñêèé ðåæèì ñ ãåíåðàöèåé ïà åê êîðîòêèõ èìïóëüñîâ. Ïîñëåäíåå ïðèâåäåò ê âîçðàñòàíèþ óðîâíÿ èçëó àåìûõ ïîìåõ. Ïðè øèðîêîì äèàïàçîíå òîêîâ íàãðóçêè æåëàòåëüíî âûáèðàòü ìíîãîðåæèìíûå ïðåîáðàçîâàòåëè, î êîòîðûõ ðå ü ïîéäåò íèæå. Èçëó àåìûå ïîìåõè òî æå êàñàåòñÿ èçëó àåìûõ ïîìåõ, à òî íåå î âûïîëíåíèè òðåáîâàíèé ïî ýëåêòðîìàãíèòíîé ñîâìåñòèìîñòè, òî àñòî, óâëåêøèñü ðàçðàáîòêîé ñõåìîòåõíèêè, ìû çàáûâàåì î òàêèõ ïîñëåäñòâèÿõ, êàê ñîáñòâåííîå ýëåêòðîìàãíèòíîå èçëó åíèå èìïóëüñíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ è åãî ïîâåäåíèè óæå â âèäå çàêîí åííîãî óçëà. Òî åñòü, ìû äîëæíû îöåíèòü, êàê åãî ðàáîòà ñêàæåòñÿ íà âûïîëíåíèè òðåáîâàíèé ïî ýëåêòðîìàãíèòíîé ñîâìåñòèìîñòè óæå êîíå íîãî èçäåëèÿ. Äëÿ óñïåøíîãî ðåøåíèÿ âîïðîñîâ â àñòè ýëåêòðîìàãíèòíîé ñîâìåñòèìîñòè ïðè èñïîëüçîâàíèè â îäíîì íåñêîëüêèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ïîëåçíî âûáðàòü ïðåîáðàçîâàòåëè íå ïðîñòî ñ ôèêñèðîâàííîé ðàáî åé àñòîòîé, êîòîðàÿ âàì íåîáõîäèìà, à ñ âîçìîæíîñòüþ åå ñèíõðîíèçàöèè. Òàêîé ïîäõîä ïîçâîëÿ- 46
EL_0717_CMYK.qxd 27.07.2017 17:52 Page 47 ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ åò èçáåæàòü íàëè èÿ èíòåðìîäóëÿöèîííûõ ñîñòàâëÿþùèõ, êîòîðûå âåñüìà òðóäíû äëÿ ïîäàâëåíèÿ ââèäó òîãî, òî èõ îñíîâíûå ãàðìîíèêè ëåæàò â íèæíåé àñòè ñïåêòðà [1]. Åùå îäíî ïðåèìóùåñòâî âõîäà âíåøíåé àñòîòû èëè ñèíõðîíèçàöèè ýòî âîçìîæíîñòü ââåäåíèÿ ìîäóëÿöèè, òî åñòü èñïîëüçîâàíèÿ òåõíîëîãèÿ ðàçìàçûâàíèÿ ñïåêòðà spread-spectrum. Çàíèìàåìàÿ ïëîùàäü è öåïè îáðàòíîé ñâÿçè òî êàñàåòñÿ çàíèìàåìîé ïëîùàäè, òî òóò âàæíû äâà ôàêòîðà. Ñîáñòâåííî, òèï êîðïóñà ÈÌÑ, ãàáàðèòû äðîññåëÿ, êàê ñàìîãî îáúåìíîãî ýëåìåíòà, èñëî ýëåìåíòîâ âíåøíåé îáâåñêè è çàíèìàåìàÿ èìè ïëîùàäü. Âî âíåøíåé îáâåñêå ÈÌÑ, êðîìå äðîññåëÿ, ìîãóò òàêæå îêàçàòüñÿ äîñòàòî íî ãàáàðèòíûå ýëåêòðîëèòè åñêèå êîíäåíñàòîðû, à òàêæå äîñòàòî íî ìîùíûé è äîñòàòî íî ãàáàðèòíûé äèîä Øîòòêè. Êðîìå òîãî, íå âñå ÈÌÑ ïðåîáðàçîâàòåëåé ñîäåðæàò âñòðîåííûé êëþ èëè êëþ è. Äëÿ ìíîãîôóíêöèîíàëüíûõ DC/DC-ïðåîáðàçîâàòåëåé åñòü åùå îäíà ïðîáëåìà ýòî ïðàâèëüíûé âûáîð ýëåìåíòîâ êîìïåíñàöèè â öåïÿõ îáðàòíîé ñâÿçè, îòâå àþùèõ çà íàäëåæàùóþ ðàáîòó ïåòëè ðåãóëèðîâàíèÿ (loop-êîìïåíñàöèÿ). À èìåííî, çàäàíèÿ À Õ çàìêíóòîé ïåòëè, êîòîðàÿ áû îáåñïå èëà ôàçîâóþ óñòîé èâîñòü è óñòðàíèëà âëèÿíèÿ ïóëüñàöèé è ïîìåõ, âëèÿþùèõ íà ôóíêöèîíèðîâàíèå ïðåîáðàçîâàòåëÿ, íå ïðèâåäÿ ïðè ýòîì ê íåäîïóñòèìîé ðåàêöèè â âèäå îòêëèêà íà ñáðîñ/íàáðîñ íàãðóçêè èëè ñêà åê âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Ïî ñîáñòâåííîìó îïûòó àâòîðà ñòàòüè, ðàçðàáîò èêè àñòî íå âíèêàþò â òîíêîñòè ýòîãî ñëîæíîãî ïðîöåññà, à ïðîñòî ñëåïî èñïîëüçóþò äàííûå èç ñïåöèôèêàöèé. Äëÿ òîãî, òîáû âû îñîçíàëè âñþ ñëîæíîñòü äàííîãî âîïðîñà îáðàòèòåñü, íàïðèìåð, ê ïåðåâîäó [2] ñïðàâî íîãî ìàòåðèàëà ANP 16 «Loop Compensation of Voltage-Mode Buck Converters» îò êîìïàíèè Sipex Corp. DC/DC-ïðåîáðàçîâàòåëè ñåìåéñòâà Himalaya Ïðèìåð îäíèõ èç ïîñëåäíèõ ïðåäëîæåíèé êîìïàíèè Maxim â àñòè âûñîêîýôôåêòèâíûõ ïîíèæàþùèõ ÈÌÑ ýòî DC/DCïðåîáðàçîâàòåëè ñåìåéñòâà Himalaya (ïî îáîçíà åíèþ êîìïàíèè Maxim Himalaya Synchronous Buck Converter Family), ïðåäñòàâëåí â òàáë.1. Â åì íåîñïîðèìûå äîñòîèíñòâà ïðåäëàãàåìûõ äëÿ ðàññìîòðåíèÿ ÈÌÑ? Êàê âèäíî äàæå è êðàòêîãî ïåðå íÿ ÈÌÑ êîíòðîëëåðîâ ñåìåéñòâà MAX175xx, ïðèâåäåííîãî â òàáë.1, âñå îíè èìåþò øèðîêèé äèàïàçîí âõîäíûõ íàïðÿæåíèé è äîñòàòî íûé äèàïàçîí äëÿ âûáîðà ïî âåëè èíå ðàáî åãî òîêà, òåì ñàìûì, ïåðåêðûâàÿ áîëüøîé ñïåêòð âîçìîæíûõ ïðèëîæåíèé. Ðàáî èé äèàïàçîí òåìïåðàòóð îò -40 Ñ äî +125 Ñ, ïðè ïîãðåøíîñòè âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ íå ïðåâûøàþùåé ±1.1 %, òàêæå óäîâëåòâîðèò áîëüøèíñòâó ïðèìåíåíèé. Ïðè ýòîì ïî òè âñå ÈÌÑ êîíòðîëëåðîâ èìåþò øèðîêèé äèàïàçîí óñòàíîâêè ðàáî åé àñòîòû ïåðåêëþ åíèÿ è äîïóñêàþò åå ñèíõðîíèçàöèþ, òî ïîçâîëÿåò íå òîëüêî îïòèìèçèðîâàòü êîíå íûå ðåøåíèÿ ïî óðîâíþ èçëó àåìûõ ïîìåõ, íî è âûáðàòü ïîäõîäÿùèé äðîññåëü. Êàê èçâåñòíî âåëè èíà èíäóêòèâíîñòè äðîññåëÿ äëÿ çàäàííîãî çíà åíèÿ íîìèíàëüíîãî âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ V OUT ñâÿçàíà ñ ðàáî åé àñòîòîé ïðåîáðàçîâàòåëÿ âûðàæåíèåì: L=V OUT /f SW. Òàêèì îáðàçîì, åì âûøå ðàáî àÿ àñòîòà ïðåîáðàçîâàòåëÿ f SW òåì ìåíüøå òðåáóåìà èíäóêòèâíîñòü äðîññåëÿ (L) è, ñëåäîâàòåëüíî, åãî ãàáàðèòû. À ýòî, íàðÿäó ñ òèïîì èñïîëíåíèÿ ÈÌÑ â àñòè êîðïóñà, ÿâëÿåòñÿ îïðåäåëÿþùèì ôàêòîðîì äëÿ ðåøåíèÿ âîïðîñà ïî ïëîùàäè ðàçìåùåíèÿ çàêîí åííîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ íà ïå àòíîé ïëàòå. òî êàñàåòñÿ èñïîëíåíèÿ ðàññìàòðèâàåìûõ ÈÌÑ, òî â îñíîâíîì îíè âûïîëíåíû â ìèíèàòþðíûõ êîðïóñàõ ðàçìåðàìè îò 4õ4 ìì äëÿ TQFN20, äî 3x2 ìì äëÿ TDFN10 ñ âàðèàíòàìè èñïîëíåíèÿ ñîîòâåòñòâóþùèìè òðåáîâàíèÿì Äèðåêòèâû RoHS. ÈÌÑ â êîðïóñàõ òèïà TQFN20 è TDFN10 èìåþò ñóôôèêñû EP, ýòî îçíà àåò, òî çäåñü ïðåäóñìîòðåíà âîçìîæíîñòü îòâîäà òåïëà îò êðèñòàëëà åðåç ñïåöèàëüíóþ òåïëîîòâîäÿùóþ ïëîùàäêó ñíèçó êîðïóñà, â ñïåöèôèêàöèÿõ îíà îçíà åíà êàê «Exposed pad». Äëÿ îòâîäà òåïëà îíà ïîäêëþ àåòñÿ ê ôîëüãå ïå àòíîé ïëàòû (îáùèé ïðîâîä). Õîòåëîñü áû îáðàòèòü âíèìàíèå íà îäíî âàæíîå ñâîéñòâî, ïðåäëàãàåìûõ äëÿ ðàññìîòðåíèÿ ðåãóëèðóåìûõ îòíîñèòåëüíî âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïðåîáðàçîâàòåëåé. Äëÿ äîëæ- 47
EL_0717_CMYK.qxd 27.07.2017 17:52 Page 48 íîãî ôóíêöèîíèðîâàíèÿ èõ âõîäíîå íàïðÿæåíèå âñåãî íà 10% äîëæíî ïðåâûøàòü âûõîäíîå, à äëÿ ÈÌÑ MAX17502 è MAX17501 âñåãî ëèøü íà 8%, â íåêîòîðûõ ñëó àÿõ äîïóñòèìî äàæå V=0.3 Â. Ýòî, íåñîìíåííî, íàèëó øèå â íàñòîÿùåå âðåìÿ ðåçóëüòàòû â îòðàñëè. Ñàìîå ïîñëåäíåå ïîïîëíåíèå ñåìåéñòâà ýòî åùå îäèí ñäâîåííûé, íî â îòëè èå îò MAX17558, ñ óæå âñòðîåííûìè êëþ àìè äâóõðåæèìíûé (PWM èëè PFM) êîíòðîëëåð MAX17521 (60 Â, 1 A) è ñâåðõìèíèàòþðíûé MAX17542 (42 Â, 1 A) â êîðïóñå TDFN10. Ïîñêîëüêó ïðåäñòàâëåííûå â òàáë.1 ïðåîáðàçîâàòåëè ñõîæè, òî â êà åñòâå ïðèìåðà áîëåå ïîäðîáíî ðàññìîòðèì âûñîêîýôôåêòèâíóþ ÈÌÑ ïîíèæàþùåãî DC/DC-ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñðåäíåé ìîùíîñòè ñ âíóòðåííåé êîìïåíñàöèåé MAX17504 [3]. Îñíîâíûå, ïàðàìåòðû ýòîé ÈÌÑ, áûëè ïðèâåäåíû â òàáë.1. Îáðàòèì âíèìàíèå íà òî, òî îñòàëîñü çà êàäðîì. Âî-ïåðâûõ, ýòà ÈÌÑ ïðåîáðàçîâàòåëÿ, êàê è âñå îñòàëüíûå, çà èñêëþ åíèåì ñàìîãî ìîùíîãî êîíòðîëëåðà MAX17506, ÿâëÿþòñÿ ñèíõðîííûìè, òî åñòü, èìååò óæå âñòðîåííûé äâóõòàêòíûé âûõîä, è íå òðåáóþò èñïîëüçîâàíèÿ ðàçðÿäíîãî äèîäà äëÿ ñáðîñà ýíåðãèè íàêîïèòåëüíîãî äðîññåëÿ. Òîëüêî ñàìûé ìîùíûé èç ïðåäñòàâëåííûõ â òàáë.1 ïðåîáðàçîâàòåëåé, à èìåííî ÈÌÑ MAX17506, èñïîëüçóåò äëÿ ýòîé öåëè äîïîëíèòåëüíûé âíåøíèé б) òðàíçèñòîð íèæíåãî ïëå à, à ñäâîåííûé MAX17558 (â òàáë.1 íå óêàçàí) ïðåäíàçíà åí äëÿ óïðàâëåíèÿ âíåøíèìè êëþ àìè. ÊÏÄ ïðåîáðàçîâàòåëÿ MAX17504, êàê è áîëüøèíñòâà èç ðàññìàòðèâàåìûõ ÈÌÑ â äàííîé ñòàòüå, ïðåâûøàåò 90%, à åãî òèïîâîé ïîòðåáëÿåìûé òîê â ðåæèìå îæèäàíèÿ íå ïðåâûøàåò 2.8 ìêà. Ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà ÈÌÑ MAX17504 ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ.1,à, à òèïîâàÿ ñõåìà âêëþ åíèÿ íà ðèñ.1,á. Ñîñòàâ ïðåîáðàçîâàòåëÿ Êðîìå, óæå óïîìÿíóòîãî äâóõòàêòíîãî âûõîäíîãî êàñêàäà, ïðåîáðàçîâàòåëü MAX17504 ñäåðæèò: ñòàáèëèçàòîð íàïðÿæåíèåì +5 Â äëÿ ïèòàíèÿ âíóòðåííèõ öåïåé (LDO); ãåíåðàòîð (OSCILLATOR), àñòîòà êîòîðîãî çàäàåòñÿ âíåøíèì ðåçèñòîðîì, ïîäêëþ åííûì ê âûâîäó RT. а) Рис.1 Ýòîò ãåíåðàòîð ìîæåò áûòü ñèíõðîíèçèðîâàí âíåøíèì ñèãíàëîì, ïîäàííûì íà âõîä SYNC. Ïëàâíûé ïóñê ïðåîáðàçîâàòåëÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ êîíäåíñàòîðà, óñòàíîâëåííîãî ïî âûâîäó SS. Êðîìå ýòîãî ïðåîáðàçîâàòåëü èìååò âûõîä RESET, ïîçâîëÿþùèé îñóùåñòâèòü ñáðîñ âíåøíèõ óñòðîéñòâ (îïöèÿ «Power а) б) в) Рис.2 48
EL_0717_CMYK.qxd 27.07.2017 17:52 Page 49 ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Рис.3 Good»). ÈÌÑ èìååò çàùèòó îò ïåðåãðóçêè ïî òîêó è ïîíèæåííîãî íàïðÿæåíèÿ (âåëè èíà çàäàåòñÿ èëè ïî óìîë àíèþ èëè âíåøíèì äåëèòåëåì ïî âõîäó EN/UVLO) è, åñòåñòâåííî, âõîä îáðàòíîé ñâÿçè (âûâîä FB) äëÿ óñòàíîâêè íåîáõîäèìîãî óðîâíÿ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, êîòîðîå çàäàåòñÿ, êàê è îáû íî, âíåøíèì äåëèòåëåì. Èìååòñÿ âîçìîæíîñòü âûáîðà îäíîãî èç òðåõ ðåæèìîâ ðàáîòû êîíòðîëëåðà: PWM (àíãë. PWM pulse-width modulation, øèðîòíî-èìïóëüñíàÿ ìîäóëÿöèÿ, ØÈÌ); PWM ñ ïåðåõîäîì â PFM (àíãë. PFM pulse-frequency modulation, àñòîòíî-èìïóëüñíàÿ ìîäóëÿöèÿ, ÈÌ); DCM (àíãë. DCM discontinuous current mode, ðåæèì ðàçðûâíûõ òîêîâ). Âûáîð ðåæèìà îñóùåñòâëÿåòñÿ ïî âõîäó MODE. Â ðåæèìå PFM â îòëè èå îò PWM ïðè ìàëûõ íàãðóçêàõ äëÿ îáåñïå åíèÿ áîëüøåãî ÊÏÄ îáðàòíûå òîêè åðåç äðîññåëü èñêëþ- àþòñÿ ïóòåì ïðîïóñêà òàêòîâ, à â ðåæèìå DCM êëþ íèæíåãî ïëå à âîîáùå îòêëþ åí. Èçëîæåííîå âûøå êàñàåòñÿ íå òîëüêî îòíîñèòåëüíî ìîùíûõ ïðåäñòàâèòåëåé ýòîé ñåðèè, íî è êîíòðîëëåðîâ, ðàññ èòàííûõ íà íåáîëüøèå òîêè, íàïðèìåð, MAX17501 (60 Â, 500 ìà). Èëëþñòðàöèÿ çàâèñèìîñòè ÊÏÄ ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñ âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì 5 Â îò òîêà íàãðóçêè äëÿ ýòèõ ðåæèìîâ ïðèâåäåíà íà ðèñ.2 (ðèñ.2,à Ðåæèì PWM; ðèñ.2,á Ðåæèì PFM; ðèñ.2,â Ðåæèì DCM). Åùå îäíîé õàðàêòåðíîé è íåìàëîâàæíîé îñîáåííîñòüþ áîëüøèíñòâà ïðåäñòàâëåííûõ â òàáë.1 ïðåîáðàçîâàòåëåé, ÿâëÿåòñÿ íàëè èå âñòðîåííîé êîìïåíñàöèè (êàê îïèñàííîé âûøå Loop-êîìïåíñàöèè, òàê è êîìïåíñàöèÿ íàêëîíà Slope-êîìïåíñàöèÿ). Ýòî ïîçâîëÿåò îáåñïå èòü âîçìîæíîñòü ðàáîòû ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñ êåðàìè åñêèìè êîíäåíñàòîðàìè áîëüøîé åìêîñòè, òî åñòü îíè íå óâñòâèòåëüíû ê íèçêèì çíà åíèÿì ESR, êàê áîëüøèíñòâî èõ ñîáðàòüåâ ïî êëàññó. Âñòðîåííàÿ êîìïåíñàöèÿ ãàðàíòèðóåò óñòîé èâîñòü ñõåìû è èçáàâëÿåò âàñ îò ïðîáëåì ñ åå ðàñ åòîì è îïòèìèçàöèåé, óìåíüøàÿ èñëî âíåøíèõ ýëåìåíòîâ. Êðîìå òîãî, ÈÌÑ ñíàáæåíû çàùèòîé îò ïåðåãðåâà êðèñòàëëà, ñðàáàòûâàþùåé ïðè òåìïåðàòóðå +165 Ñ, à âîçìîæíîñòü ïåðåâîäà åå â ðåæèì ïîëíîãî âûêëþ åíèÿ òðàíçèñòîðîâ âåðõíåãî è íèæíåãî ïëå à âûõîäíîãî êàñêàäà, ãàðàíòèðóåò, ñîáñòâåííî, òàêîé ñâåðõìèíèìàëüíûé òîê ïîòðåáëåíèÿ â 2.8 ìêà â âûêëþ åííîì ðåæèìå. Èíñòðóìåíòû äëÿ ïðîåêòèðîâàíèÿ ïðåîáðàçîâàòåëåé Êîìïàíèÿ Maxim, êàê èçãîòîâèòåëü, çàáîòÿùèéñÿ î ñâîèõ êëèåíòàõ, èíñòðóìåíò äëÿ ïðîåêòèðîâàíèÿ ïðåîáðàçîâàòåëÿ ïîä êîíêðåòíîå ïðèìåíåíèå ïðåäîñòàâëÿåò â êîìïëåêòå on-line èíñòðóìåíòîâ «EE-Sim Design Generation and Simulation Tool». Ðàáîòà ñ íèì áûëà ïîäðîáíî ðàñïèñàíà àâòîðîì ðàíåå â ïóáëèêàöèè [4]. Â êà åñòâå ïðèìåðà ïðîåêòèðîâàíèÿ íà ðèñ.3 ïðèâåäåíà ïðàêòè åñêàÿ ñõåìà ðåàëèçàöèè ïîíèæàþùåãî DC/DC-ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ÈÌÑ êîíòðîëëåðà MAX17504 (íîìèíàëû ýëåìåíòîâ R5=1 ÃÎì è C6=1 Ô íà ðèñ.3 ôîðìàëüíûå, îíè èñïîëüçóþòñÿ óñëîâíî äëÿ öåëåé ìîäåëèðîâàíèÿ). Åå ïðîåêòèðîâàíèå äåòàëüíî ðàññìîòðåíî â [3], íî îñòàíîâèìñÿ íà ðÿäå âàæíûõ ìîìåíòîâ è ïðîâåäåì åå ñðàâíåíèå ñ áëèæàéøèì àíàëîãîì. Äàííûé ïîíèæàþùèé èìïóëüñíûé ñòàáèëèçàòîð íàïðÿæåíèÿ ñ âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì 5 Â è òîêîì íàãðóçêè îò 200 ìà äî 3.5 À. Ïðåîáðàçîâàòåëü ðàññ èòàí íà ðàáîòó â øèðîêîì äèàïàçîíå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ V IN îò 7.5 äî 60 Â. àñòîòà ïåðåêëþ åíèÿ f SW âûáðàíà ðàâíîé 550 êãö, äëÿ ýòîãî ðåæèìà ðåçèñòîð ê âûâîäó RT íå ïîäêëþ àåòñÿ, à âûâîä CF îñòàåòñÿ ñâîáîäíûì, ïðè ìåíüøåé àñòîòå îíà ñîåäèíÿåòñÿ åðåç êîíäåíñàòîð ñ âûâîäîì FB (çàâèñèìîñòü åìêîñòè ýòîãî êîíäåíñàòîðà îò àñòîòû ïðèâåäåíà â [3]). Ýòî ñâÿçàíî ñ îñîáåííîñòÿìè ïîñòðîåíèÿ ïåòëè loop-êîìïåíñàöèè. Âðåìÿ ïëàâíîãî ñòàðòà çàäàíî ðàâíûì 2 ìñ îïðåäåëÿåòñÿ âûáîðîì íîìèíàëîì êîíäåíñàòîðà C3, ïîäêëþ åííîãî ê âûâîäó SS. Òèïîâîé óðîâåíü ñðàáàòûâàíèÿ çàùèòû îò ïåðåãðóçêè ïî òîêó ýòîé ñõåìû ðàâåí 5.1 A è ÿâëÿåòñÿ ôèêñèðîâàííûì, òî â íåêîòîðûõ ñëó àÿõ ìîæåò ñ èòàòüñÿ íåäîñòàòêîì. Ó èòûâàÿ øèðîêèé äèàïàçîí òîêîâ íàãðóçêè, êîíòðîëëåð âêëþ åí â ðåæèì PWM (ØÈÌ) ñ ïåðåõîäîì â PFM ( ÈÌ). Íåîáõîäèìûé óðîâåíü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ 5 Â, êàê îáû íî, çàäàí äåëèòåëåì â ðàññìàòðèâàåìîì ñëó àå èç ðå- 49
EL_0717_CMYK.qxd 27.07.2017 17:52 Page 50 çèñòîðîâ R3, R4. Êðîìå ýòîãî çäåñü äîáàâëåí åùå îäèí äåëèòåëü íàïðÿæåíèÿ ïî âõîäó, çàäàþùåìó ïîðîã ñðàáàòûâàíèÿ çàùèòû ïî ìèíèìàëüíî äîïóñòèìîìó âõîäíîìó íàïðÿæåíèþ. Ñ ó åòîì òîãî, òî ìèíèìàëüíûé óðîâåíü âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ äëÿ ïðîåêòèðóåìîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñîãëàñíî óñëîâèÿì ïðîåêòèðîâàíèÿ ñîñòàâëÿåò 7.5 Â, îí îïðåäåëåí ñ çàïàñîì íà óðîâíå 6.5 Â. Â ýòîì ñëó àå ó èòûâàåòñÿ íå âîçìîæíîñòü ðàáîòû êîíòðîëëåðà ñ íèçêèì âõîäíûì íàïðÿæåíèåì, à èñêëþ àåòñÿ àâàðèéíàÿ ñèòóàöèÿ ïî îñíîâíîé øèíå ïèòàíèÿ èçäåëèÿ, òî íåñîìíåííî î åíü ïîëåçíî è óäîáíî. ïðîâåäåíà ñðàâíèòåëüíàÿ ðàçðàáîòêà àíàëîãè íîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ÈÌÑ TPS54360DD (60 Â, 3.5 A), êàê íàèáîëåå îïòèìàëüíîãî ðåøåíèÿ èç âñåõ ïðåäëîæåííûõ. Ðåçóëüòàòû (ñõåìà ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ.4) ïîêàçàëè, òî ïðè çàäàííûõ âõîäíûõ è âûõîäíûõ ïàðàìåòðîâ, àíàëîãè íûé ïðåîáðàçîâàòåëü èìååò ïðîáëåìû â îáëàñòè ìàëûõ òîêîâ. Àíàëîã ñîõðàíÿåò ðàáîòîñïîñîáíîñòü ëèøü äî òîêà íàãðóçêè â 0.35 À, à âàðèàíò íà MAX17504 ðàáîòîñïîñîáåí ïðè òîêå 100 ìà è äàæå ìåíåå (ñîãëàñíî [3] äî 10 ìà, ñì. ðèñ.2,á) è, êðîìå òîãî, èìååò ïðè ìàëûõ íàãðóçêàõ áîëåå âûñîêèé ÊÏÄ. Íà ðèñ.4 ïîêàçàí ðåçóëüòàò ñðàâíèòåëüíîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ DC/DC-ïðåîáðàçîâàòåëÿ íà ÈÌÑ TPS54360 (èç èòîãîâîãî ôàéëà WEBENCH Design) íà îñíîâå èñõîäíûõ ïàðàìåòðîâ è óñëîâèé àíàëîãè íûõ äëÿ MAX17504 Äëÿ ðåàëèçàöèè ïðåîáðàçîâàòåëÿ íà ÈÌÑ TPS54360DD, êàê ìû âèäèì èç ðåçóëüòàòîâ ïðîåêòèðîâàíèÿ (ðèñ.4), íàì ïîòðåáóåòñÿ 17 êîìïîíåíòîâ, â òîì èñëå äîñòàòî íî ãàáàðèòíûé âûñîêîâîëüòíûé äèîä Øîòòêè òèïà STPS20M100S ñ ïðÿìûì òîêîì 20 À, ïðîòèâ 9 ýëåìåíòîâ äëÿ âàðèàíòà íà ÈÌÑ MAX17504 â àíàëîãè íîé êîíôèãóðàöèè. È ýòî åùå ñ ó åòîì òîãî, òî ÈÌÑ TPS54360 íå èìååò îïöèè Power Good. Ñîãëàñíî ðåçóëüòàòàì àíàëèçà íà ñèìóëÿòîðå WEBENCH Design, çàíèìàåìàÿ ïëîùàäü íà ïå àòíîé ïëàòå ñîñòàâèëà áû íå ìåíåå 627 ìì 2, òî êàê ìèíèìóì â äâà ñ ïîëîâèíîé ðàçà ïðåâûøàåò ïëîùàäü àíàëîãè íîãî DC/DC-ïðåîáðàçîâàòåëÿ, âûïîëíåííîãî íà ÈÌÑ MAX17504. Åùå îäèí âàæíûé ìîìåíò ýòî òåïëîâûå õàðàêòåðèñòèêè. Ñðàâíåíèå ïðåîáðàçîâàòåëåé òîáû îöåíèòü äîñòîèíñòâà ðàññìàòðèâàåìûõ êîíòðîëëåðîâ, àâòîðîì ñòàòüè ñ èñïîëüçîâàíèåì ïðîãðàììíîãî èíñòðóìåíòà WEBENCH Design îò Texas Instruments [5] áûëà Рис.4 Ê ñîæàëåíèþ, èíñòðóìåíò äëÿ ïðîåêòèðîâàíèÿ èç ñîñòàâà «EE-Sim Design Generation and Simulation Tool», â îòëè èå îò ñèìóëÿòîðà WEBENCH Design, íå îñóùåñòâëÿåò òåïëîâîãî ìîäåëèðîâàíèÿ. Íà ðèñ.5 ïðèâåäåíî ñðàâíåíèå òåïëîâûõ õàðàêòåðèñòèê ñèíõðîííîãî è àíàëîãè íîãî ïî âõîäíûì è âûõîäíûì õàðàêòåðèñòèêàì òèïîâîãî íåñèíõðîííîãî ïðåîáðàçîâàòåëåé. Ðåøåíèå îò Maxim ÊÏÄ 87.3%, ìàêñèìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà 42 Ñ; òèïîâîå ðåøåíèå â âèäå íåñèíõðîííîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ÊÏÄ 65.7%, ìàêñèìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà 81 Ñ. Рис.5 Êàê ìîæíî âèäåòü èç íàñòîÿùåé ñòàòüè, íîâûå ÈÌÑ êîíòðîëåðîâ ïîíèæàþùèõ ñèíõðîííûõ DC/DC-ïðåîáðàçîâàòåëåé ñåìåéñòâà Himalaya êîìïàíèè Maxim Integrated Products ýòî äîñòàòî íî âûñîêîýôôåêòèâíûå ïðîäóêòû, ïîçâîëÿþùèå ïîëó èòü ñàìûå îïòèìàëüíûå ðåøåíèÿ äëÿ øèðîêîãî ñïåêòðà ïðèìåíåíèé. Ëèòåðàòóðà: 1. Ðåíòþê Â. Ðåøåíèÿ ïðîáëåìû ïóëüñàöèé è ïîìåõ âõîäíîãî òîêà èìïóëüñíûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé. // Ýëåêòðèê. 2016. - N¹3. 2. Èîôôå. Ä. Îáåñïå åíèå óñòîé èâîñòè ïîíèæàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ íàïðÿæåíèÿ // Êîìïîíåíòû è òåõíîëîãèè. 2007. N¹6. 3. MAX17504, 4.5V 60V, 3.5A, High-Efficiency, Synchronous Step-Down DC-DC Converter with Internal Compensation, Rev 1; 2/14, Maxim Integrated Products, Inc. 4. Ðåíòþê Â. DC-DC ïðåîáðàçîâàòåëè: èíñòðóìåíò äëÿ ïðîåêòèðîâàíèå êîìïàíèè Maxim. // Ýëåêòðèê. 2015. - N¹11. 5. Ðåíòþê Â. Ïðîåêòèðîâàíèå DC/DC-ïðåîáðàçîâàòåëåé â ñèñòåìå WEBENCH Design Center // Ýëåêòðèê. 2013. - N¹10. 50