Описание
Микросхемы предназначены для построения гальванически развязанных преобразователей с обратной связью (flyback converters) с постоянным Uвх от 35 до 400 В (переменным Uвх от 85 до 300 В), Uвых от 2,5 до 150 В и токами до 30 А. Режим токовой стабилизации и управляемого ограничения по току, функции авторестарта и мягкого старта, защита от перенапряжений и перегрузки, возможность внешней синхронизации и управления отключением - позволяют проектировать компактные и высоконадежные ИП с КПД до 90%. В табл. 1 предоставлены основные характеристики микросхем VIPer от STMicroelectronics.
Табл. 1. Основные характеристики микросхем VIPer от STMicroelectronics
| Тип | Uси max, В | Rси, Ом | Iс max, А | Pmax, Вт | Fsw. КГц | Типы корпусов |
|---|---|---|---|---|---|---|
| VIPer20 | 620 | 16 | 0,5 | 20 | до 200 | |
| VIPer20A | 700 | 18 | 0,5 | 20 | до 200 | Pentawatt HV, PowerSO-10, DIP-8, Pentawatt HV (022Y) |
| VIPer20B | 400 | 8,7 | 1,3 | 20 | до 200 | |
| VIPer50 | 620 | 5 | 1,5 | 50 | до 200 | Pentawatt HV, PowerSO-10, Pentawatt HV (022Y) |
| VIPer50A | 700 | 5,7 | 1,5 | 50 | до 200 | Pentawatt HV, PowerSO-10, Pentawatt HV (022Y) |
| VIPer50B | 400 | 2,2 | 3 | 50 | до 200 | Pentawatt HV, PowerSO-10, Pentawatt HV (022Y) |
| VIPer100 | 620 | 2,5 | 3 | 100 | до 200 | Pentawatt HV, PowerSO-10, Pentawatt HV (022Y) |
| VIPer100A | 700 | 2,8 | 3 | 100 | до 200 | Pentawatt HV, PowerSO-10, Pentawatt HV (022Y) |
| VIPer100B | 400 | 1,1 | 6 | 100 | до 200 | Pentawatt HV, PowerSO-10, Pentawatt HV (022Y) |
| VIPer12A | 730 | 30 | 0,36 | 15 | 50 | DIP-8, SO-8 |
| VIPer22A* | 730 | 17 | 0,63 | 25 | 50 | DIP-8, SO-8 |
| VIPer30ALL* | 650 | 12 | 0,9 | 25_45 | до 300 | Pentawatt HV (022Y), DIP-8, PowerSO-10, TO-220FP-5L, SO-8 |
| VIPer50ALL* | 650 | 5,4 | 2 | 40_70 | до 300 | Pentawatt HV (022Y), PowerSO-10, DIP-8, TO-220FP-5L |
| * — разрабатываемые | ||||||
Рис. 1. Блок-схема ШИМ-контроллеров семейства VIPer
Рис. 2. Схемотехническое построение источника питания на базе VIPer100
Основные особенности
Регулируемая частота переключения - от 0 до 200 кГц; Преимущества
Как и в аналогичных микросхемах семейства TOPSwitch производства фирмы Power Integrations, в микросхемах семейства VIPer применяется режим регулирования по току. Используется 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 - выходное напряжение усилителя ошибки), транзистор закрывается. Таким образом, внешняя петля регулирования по напряжению определяется величиной, при которой внутренняя токовая петля выключает высоковольтный ключ
. 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.
Режим токового регулирования гарантирует хорошее ограничение в случае КЗ. В этом случае происходит понижение напряжения обмотки обратной связи, и таким образом Vdd (напряжение на выводе VDD) достигает уровня 8 В. При этом срабатывает защита от понижения напряжения питания UVLO, и транзистор закрывается. Включается высоковольтный запускающий источник тока, который заряжает внешний конденсатор С4 (рис. 2) до уровня 11 В (соответственно, от ёмкости С4 будет зависеть время перезапуска), при котором происходит попытка включения источника питания в рабочий режим.
При желании внутренне ограниченный пиковый ток можно уменьшить, ограничивая напряжение на выводе Vcomp, что удобно для дистанционного выключения всего источника питания по внешнему сигналу.
Важным преимуществом семейства VIPer является чрезвычайно широкий диапазон рабочего цикла - от 0 до 90 %. Известно, что микросхемы Power Integrations семейства TOPSwitch требуют небольшую балластную нагрузку при работе в режиме холостого хода, чтобы источник питания не вышел за пределы регулирования.
У VIPer этот недостаток отсутствует. Находясь в режиме холостого хода, они переходят в режим отдельных импульсов тока, позволяющий осуществить регулирование по вторичной обмотке. При этом напряжение на вспомогательной обмотке превышает 13 В и переводит усилитель ошибки в состояние логического нуля. Транзистор выключается, и источник питания работает практически с нулевым рабочим циклом. Когда Vdd достигает порога включения, устройство вновь включается на короткое время. Эти циклы повторяются с пропуском периодов переключения, и эквивалентная рабочая частота в таком режиме намного меньше, чем в нормальном режиме, что приводит к значительному уменьшению потребления энергии от сети переменного тока. Дежурный режим работы соответствует немецкому стандарту Blue Angel (потребление энергии меньше 1 Вт для систем в режиме Stand-by).
Ещё одним важным преимуществом VIPer является регулируемая частота преобразования до 200 кГц с помощью внешней RC-цепочки. Тактовая частота 200 кГц позволяет уменьшить габариты трансформатора и выходного сглаживающего LC-фильтра, а значит и всего источника питания в целом. Также вывод OSC позволяет осуществить синхронизацию источника питания от внешнего источника сигнала.
Нельзя не отметить и улучшенные тепловые характеристики микросхем семейства VIPer, по сравнению с семейством TOPSwitch Power Integrations. Тепловое сопротивление RJA VIPer корпуса Pentawatt достигает 60ºC/Вт, а корпуса PowerSO-10 - 50ºC/Вт. При этом корпус PowerSO-10 очень удобен при применении технологии поверхностного монтажа и может быть установлен на контактную медную площадку на поверхности печатной платы широкой подложкой, соединённой со стоком мощного транзистора.
Последними разработками являются новые микросхемы семейства VIPer. Это VIPer20AII, VIPer50AII с частотой переключения до 300 кГц, а также VIPer12А с фиксированной частотой переключения 50 кГц и максимальной выходной мощностью 12 Вт в корпусах DIP-8 и SO-8. Интересно сравнить технические характеристики двух похожих семейств высоковольтных ШИМ-контроллеров TOPSwitch фирмы Power Integrations и VIPer фирмы STMicroelectronics (табл. 2).
Табл. 2. Сравнительные характеристики VIPer и TOPSwitch
Виктор Петрович Олейник,
технический специалист СЭА - Электроникс,
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:
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.
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.
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.
Рис. 2.
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
| Наименование | U си, В | U cc max, В | R си, Ом | I с min, А | F sw , кГц | Корпус |
|---|---|---|---|---|---|---|
| VIPer12AS | 730 | 38 | 30 | 0,32 | 60 | SO-8 |
| VIPer12ADIP | 730 | 38 | 30 | 0,32 | 60 | DIP-8 |
| VIPer22AS | 730 | 38 | 30 | 0,56 | 60 | SO-8 |
| VIPer22ADIP | 730 | 38 | 30 | 0,56 | 60 | DIP-8 |
| VIPer20 | 620 | 15 | 16 | 0,5 | до 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer20(022Y) | 620 | 15 | 16 | 0,5 | до 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer20DIP | 620 | 15 | 16 | 0,5 | до 200 | DIP-8 |
| VIPer20A | 700 | 15 | 18 | 0,5 | до 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer20A(022Y) | 700 | 15 | 18 | 0,5 | до 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer20ADIP | 700 | 15 | 18 | 0,5 | до 200 | DIP-8 |
| VIPer20ASP | 700 | 15 | 18 | 0,5 | до 200 | PowerSO-10 |
| VIPer50 | 620 | 15 | 5 | 1,5 | до 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer50(022Y) | 620 | 15 | 5 | 1,5 | до 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer50A | 700 | 15 | 5,7 | 1,5 | до 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer50A(022Y) | 700 | 15 | 5,7 | 1,5 | до 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer50ASP | 700 | 15 | 5,7 | 1,5 | до 200 | PowerSO-10 |
| VIPer53DIP | 620 | 17 | 1 | 1,6 | до 300 | DIP-8 |
| VIPer53SP | 620 | 17 | 1 | 1,6 | до 300 | PowerSO-10 |
| VIPer53EDIP | 620 | 17 | 1 | 1,6 | до 300 | DIP-8 |
| VIPer53ESP | 620 | 17 | 1 | 1,6 | до 300 | PowerSO-10 |
| VIPer100 | 700 | 15 | 2,5 | 3 | до 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer100(022Y) | 700 | 15 | 2,5 | 3 | до 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer100A | 700 | 15 | 2,8 | 3 | до 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer100A(022Y) | 700 | 15 | 2,8 | 3 | до 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer100ASP | 700 | 15 | 2,8 | 3 | до 200 | PowerSO-10 |
Микросхемы VIPer доступны в различных корпусных исполнениях, представленных на рисунке 3.
Рис. 3.
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. 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.
 |
||
| LNK562P | — | VIPER12ADIP |
| LNK562G | — | VIPER12AS |
| LNK563P | — | VIPER12ADIP |
| LNK564P | — | VIPER12ADIP |
| LNK564G | — | VIPER12AS |
| TNY274G | — | VIPER12AS VIPER22AS |
| TNY275P | — | VIPER12ADIP VIPER22ADIP |
| TNY275G | — | VIPER12AS VIPER22AS |
| TNY276P | — | VIPER12ADIP VIPER22ADIP |
| TNY276G | — | VIPER12AS VIPER22AS |
| TNY277P | — | VIPER12ADIP VIPER22ADIP |
| TNY277G | — | VIPER12AS VIPER22AS |
| TNY278P | — | VIPER22ADIP VIPER53EDIP |
| TNY278G | — | VIPER22AS VIPER53ESP |
| TNY279P | — | VIPER22ADIP VIPER53EDIP |
| TNY279G | — | VIPER22AS VIPER53ESP |
| TNY280P | — | VIPER22ADIP VIPER53EDIP |
| TNY280G | — | VIPER22AS VIPER53ESP |
| TOP232P | FSDM311 FSQ0165RN FSQ311 |
VIPer22ADIP VIPer20ADIP |
| TOP232G | — | VIPer22AS VIPer20ADIP |
| TNY264P | FSD210B FSQ510 FSQ510H |
VIPer12ADIP |
| TNY264G | — | VIPer12AS |
| TNY266P | FSDM311 FSQ0165RN FSQ311 |
VIPer22ADIP VIPer20ADIP |
| TNY266G | FSDM311L | VIPer22AS VIPer20ASP |
| TNY267P | FSDH0170RNB FSDL0165RN FSQ0165RN FSQ0170RNA |
VIPer22ADIP VIPer20ADIP |
| TNY267G | FSDL0165RL | VIPer22AS VIPer20ASP |
| TNY268P | FSDH0265RN FSDH0270RNB FSDM0265RNB FSQ0265RN FSQ0270RNA |
VIPer22ADIP VIPer20ADIP |
| TNY268G | — | VIPer22AS VIPer20ASP |
| TNY253P | — | VIPer12ADIP |
| TNY253G | — | VIPer12AS |
| TNY254P | — | VIPer12ADIP |
| TNY254G | — | VIPer12AS |
| TNY255P | — | VIPer12ADIP |
| TNY255G | — | VIPer12AS |
| TNY256P | FSDM311 FSQ0165RN FSQ311 |
VIPer22ADIP VIPer20ADIP |
| TNY256G | — | VIPer22AS VIPer20ASP |
| TNY256Y | — | VIPer20A |
| TOP221P | — | VIPer12ADIP |
| TOP221G | — | VIPer12AS |
| TOP221Y | — | VIPer12ADIP |
| TOP222P | FSDM311 FSQ0165RN FSQ311 |
VIPer22ADIP VIPer20ADIP |
| TOP222G | — | VIPer22AS VIPer20ASP |
| TOP222Y | — | VIPer20A |
| TOP223P | FSDL0165RN FSQ0165RN |
VIPer50A |
| TOP223G | — | VIPer50ASP |
| TOP223Y | — | VIPer50A |
| TOP224P | FSDH0265RN FSQ0265RN |
VIPer50A |
| TOP224G | — | VIPer50ASP |
| TOP224Y | KA5H0280RYDTU KA5M0280RYDTU |
VIPer50A |
| TOP226Y | KA5H0365RYDTU KA5H0380RYDTU KA5L0365RYDTU KA5L0380RYDTU KA5M0365RYDTU KA5M0380RYDTU |
VIPer100A |
| TOP227Y | — | VIPer100A |
| TOP209P | FSDM0565RBWDTU | VIPer12ADIP |
| TOP209G | — | VIPer12AS |
| TOP210PFI | — | VIPer12ADIP |
| TOP210G | — | VIPer12AS |
| TOP200YAI | — | VIPer22ADIP VIPer20A |
| TOP201YAI | — | VIPer50A |
| TOP202YAI | — | VIPer50A |
| TOP203YAI | — | VIPer100A |
| TOP214YAI | — | VIPer100A |
| TOP204YAI | — | VIPer100A |
Рис. 4.
В заключение хочется отметить, что компания STMicroelectronics предоставляет разработчикам пакет бесплатного программного обеспечения для расчета параметров источника питания, построенного на основе микросхем 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.
По вопросам получения технической информации, заказа образцов и поставки обращайтесь в компанию КОМПЭЛ. Е-mail:
EEPROM в новом миниатюрном корпусе
В марте 2007 г. компания STMicroelectronics объявила о выпуске привычных всем микросхем EEPROM (емкостью от 2 до 64 кБит; с SPI или I 2 C-интерфейсом) в миниатюрном 2х3 мм MLP8 (ML — Micro Leadframe) исполнении. По своим рабочим характеристикам новая разработка сравнима со своей предшественницей, микросхемой размером 4×5 мм, (в корпусе S08N), однако позволяет значительно сэкономить место на печатной плате, равно как и снизить стоимость конечного устройства.
STMicroelectronics — первая компания, которая представила на рынок полную линейку серии EEPROM в столь малом корпусе. Супертонкий корпус (всего 0,6 мм) с плоскими выводами, расположенными c двух сторон, число циклов памяти до 1 миллиона (!), способность сохранять необходимые данные более 40 лет — все это делает микросхему достойным представителем своего семейства.
Новая разработка предназначена для применений в широких областях современной микроэлектроники: цифровые фото- и видеокамеры, миниатюрные MP3-плееры, разнообразные пульты, игровые приставки, беспроводные устройства, Wi-Fi-системы.
Выпуск новой микросхемы намечен на вторую половину 2007 года, но образцы можно заказывать уже сейчас.
