Descrizione
I microcircuiti sono progettati per costruire convertitori galvanicamente isolati con retroazione (convertitori flyback) con Uin costante da 35 a 400 V (Uin variabile da 85 a 300 V), Uout da 2,5 a 150 V e correnti fino a 30 A. Modalità di stabilizzazione della corrente e limitazione di corrente controllata, funzioni di riavvio automatico e avvio graduale, protezione da sovratensione e sovraccarico, possibilità di sincronizzazione esterna e controllo dello spegnimento: consentono di progettare alimentatori compatti e altamente affidabili con un'efficienza fino al 90%. Nella tabella 1 fornisce le caratteristiche principali dei microcircuiti VIPer di STMicroelectronics.
Tavolo 1. Caratteristiche principali dei chip VIPer di STMicroelectronics
| Tipo | Uçi max, V | RSI, Ohm | Icmax, A | Pmax, W | Fsw. KHz | Tipi di casi |
|---|---|---|---|---|---|---|
| VIPer20 | 620 | 16 | 0,5 | 20 | fino a 200 | |
| VIPer20A | 700 | 18 | 0,5 | 20 | fino a 200 | Pentawatt HV, PowerSO-10, DIP-8, Pentawatt HV (022Y) |
| VIPer20B | 400 | 8,7 | 1,3 | 20 | fino a 200 | |
| VIPer50 | 620 | 5 | 1,5 | 50 | fino a 200 | Pentawatt HV, PowerSO-10, Pentawatt HV (022Y) |
| VIPer50A | 700 | 5,7 | 1,5 | 50 | fino a 200 | Pentawatt HV, PowerSO-10, Pentawatt HV (022Y) |
| VIPer50B | 400 | 2,2 | 3 | 50 | fino a 200 | Pentawatt HV, PowerSO-10, Pentawatt HV (022Y) |
| VIPer100 | 620 | 2,5 | 3 | 100 | fino a 200 | Pentawatt HV, PowerSO-10, Pentawatt HV (022Y) |
| VIPer100A | 700 | 2,8 | 3 | 100 | fino a 200 | Pentawatt HV, PowerSO-10, Pentawatt HV (022Y) |
| VIPer100B | 400 | 1,1 | 6 | 100 | fino a 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 | fino a 300 | Pentawatt HV (022Y), DIP-8, PowerSO-10, TO-220FP-5L, SO-8 |
| VIPer50ALL* | 650 | 5,4 | 2 | 40_70 | fino a 300 | Pentawatt HV (022Y), PowerSO-10, DIP-8, TO-220FP-5L |
| * - in fase di sviluppo | ||||||
Riso. 1. Schema a blocchi dei controllori PWM della famiglia VIPer
Riso. 2. Progettazione circuitale di un alimentatore basato su VIPer100
Caratteristiche principali Frequenza di commutazione regolabile - da 0 a 200 kHz; Vantaggi Come i chip simili della famiglia TOPSwitch prodotti da Power Integrations, i chip della famiglia VIPer utilizzano una modalità di controllo della corrente. Vengono utilizzati due circuiti di feedback: un circuito di controllo della corrente interno e un circuito di controllo della tensione esterno. Quando il MOSFET è acceso, il valore della corrente primaria del trasformatore viene monitorato dal SenseFET e convertito in una tensione proporzionale alla corrente. Quando questa tensione raggiunge un valore pari a Vcomp (la tensione sul pin COMP è la tensione di uscita dell'amplificatore di errore), il transistor si spegne. Pertanto, il circuito di controllo della tensione esterna è determinato dal valore al quale il circuito di corrente interno spegne l'interruttore ad alta tensione
. modalità di regolazione corrente;
. avvio graduale;
. Consumo energetico CA inferiore a 1 W in modalità standby;
. spegnimento quando la tensione di alimentazione diminuisce in caso di cortocircuito (cortocircuito) o sovracorrente;
. circuito di trigger integrato nel chip;
. riavvio automatico;
. protezione dal surriscaldamento;
. limite di corrente regolabile.
La modalità di controllo della corrente garantisce una buona limitazione in caso di cortocircuito. In questo caso, la tensione dell'avvolgimento di retroazione diminuisce e quindi Vdd (tensione sul pin VDD) raggiunge il livello di 8 V. In questo caso, la protezione da sottotensione UVLO viene attivata e il transistor si spegne. Viene attivata la sorgente di corrente di attivazione ad alta tensione, che carica il condensatore esterno C4 (Fig. 2) a un livello di 11 V (di conseguenza, il tempo di riavvio dipenderà dalla capacità di C4), a quel punto viene effettuato un tentativo per accendere il generatore in modalità operativa.
Se lo si desidera, la corrente di picco limitata internamente può essere ridotta limitando la tensione sul pin Vcomp, utile per spegnere in remoto l'intero alimentatore utilizzando un segnale esterno.
Un vantaggio importante della famiglia VIPer è l'intervallo estremamente ampio del ciclo di lavoro, dallo 0 al 90%. Integrazioni di alimentazione La famiglia di circuiti integrati TOPSwitch è nota per richiedere un piccolo carico di zavorra durante il funzionamento inattivo per mantenere l'alimentazione entro i limiti normativi.
VIPer non presenta questo inconveniente. In modalità inattiva passano alla modalità a impulsi di corrente individuali, che consente la regolazione dell'avvolgimento secondario. In questo caso, la tensione sull'avvolgimento ausiliario supera i 13 V e porta l'amplificatore di errore in uno stato logico zero. Il transistor si spegne e l'alimentatore funziona con un ciclo di lavoro quasi pari a zero. Quando Vdd raggiunge la soglia di accensione il dispositivo si riaccende per un breve periodo. Questi cicli vengono ripetuti saltando i periodi di commutazione e la frequenza operativa equivalente in questa modalità è molto inferiore rispetto alla modalità normale, con conseguente riduzione significativa del consumo di energia CA. La modalità standby è conforme allo standard tedesco Blue Angel (consumo energetico inferiore a 1 W per i sistemi in modalità stand-by).
Un altro importante vantaggio di VIPer è la frequenza di conversione regolabile fino a 200 kHz utilizzando una catena RC esterna. Una frequenza di clock di 200 kHz consente di ridurre le dimensioni del trasformatore e del filtro LC di livellamento dell'uscita, e quindi dell'intero alimentatore nel suo insieme. Inoltre, il pin OSC consente la sincronizzazione dell'alimentazione da una sorgente di segnale esterna.
Va notato che le caratteristiche termiche migliorate della famiglia di chip VIPer rispetto alla famiglia TOPSwitch Power Integrations. La resistenza termica del case RJA VIPer Pentawatt raggiunge i 60ºC/W, mentre il case PowerSO-10 raggiunge i 50ºC/W. Allo stesso tempo, il pacchetto PowerSO-10 è molto conveniente quando si utilizza la tecnologia a montaggio superficiale e può essere installato su un contatto in rame sulla superficie di un circuito stampato con un ampio substrato collegato allo scarico di un transistor di potenza.
Gli ultimi sviluppi sono i nuovi chip della famiglia VIPer. Si tratta di VIPer20AII, VIPer50AII con una frequenza di commutazione fino a 300 kHz, nonché VIPer12A con una frequenza di commutazione fissa di 50 kHz e una potenza di uscita massima di 12 W nei contenitori DIP-8 e SO-8. È interessante confrontare le caratteristiche tecniche di due famiglie simili di controller PWM ad alta tensione TOPSwitch di Power Integrations e VIPer di STMicroelectronics (Tabella 2).
Tavolo 2. Caratteristiche comparative di VIPer e TOPSwitch
Viktor Petrovich Oleynik,
specialista tecnico SEA - Elettronica,
Nel recente passato molte aziende manifatturiere hanno iniziato ad abbandonare gli alimentatori a trasformatore a causa del loro peso considerevole e degli ingombri importanti. Immagina un alimentatore a trasformatore con una potenza di uscita di 100-150 W, anche realizzato su un nucleo magnetico toroidale. La massa di un tale alimentatore sarà di circa 5-7 kg e non c'è nemmeno nulla da dire sulle sue dimensioni. Con l'avvento di tutti i tipi di microcircuiti controller PWM e potenti transistor MOSFET ad alta tensione, gli alimentatori dei trasformatori sono stati sostituiti da quelli a impulsi, pertanto le dimensioni complessive e il peso degli alimentatori sono diminuiti più volte. Gli alimentatori a commutazione non sono inferiori a quelli del trasformatore in termini di potenza, inoltre sono molto più efficienti. L'efficienza dei moderni alimentatori a commutazione raggiunge il 95%. Tuttavia, tali alimentatori hanno i loro svantaggi:
2. Difficoltà di configurazione dovuta alla selezione di componenti passivi nel cablaggio del controller PWM, nel circuito di protezione, ecc.
Queste carenze creano anche disagi durante la diagnosi dei guasti e la loro eliminazione.
I componenti principali del circuito classico di un alimentatore switching flyback sono costituiti dai seguenti blocchi.
1. Circuito di ingresso (include filtro di rete, ponte a diodi e condensatori di filtro).
2. Controller PWM.
3. Circuiti di protezione (sovratensione, sovratemperatura, ecc.)
4. Circuiti di stabilizzazione della tensione di uscita.
5. Potente transistor MOSFET di uscita.
6. Circuito di uscita costituito da un ponte a diodi e condensatori di filtro.
Come puoi vedere, il numero di componenti attivi inclusi in un alimentatore a commutazione raggiunge diverse decine, il che aumenta le dimensioni complessive del dispositivo e, di conseguenza, crea una serie di problemi durante la progettazione e il debug.
STMicroelectronics, dopo aver analizzato le difficoltà incontrate durante la progettazione di alimentatori a commutazione, ha sviluppato una serie unica di microcircuiti, combinando un controller PWM, circuiti di protezione e un potente transistor MOSFET di uscita su un chip. La serie di dispositivi si chiamava VIPer.
Il nome VIPer deriva dalla tecnologia di produzione del transistor MOSFET stesso, ovvero Vertical Power MOSFET.
Lo schema funzionale di uno dei dispositivi della famiglia VIPer è presentato in Figura 1.
Riso. 1.
Caratteristiche principali:
- frequenza di commutazione regolabile da 0 a 200 kHz;
- modalità di regolazione corrente;
- avvio graduale;
- Consumo energetico CA inferiore a 1 W in modalità standby;
- spegnimento quando la tensione di alimentazione diminuisce in caso di cortocircuito (cortocircuito) o sovracorrente;
- circuito di trigger integrato nel chip;
- riavvio automatico;
- protezione dal surriscaldamento;
- limite di corrente regolabile.
Un esempio di diagramma schematico di una connessione standard di uno dei rappresentanti della famiglia VIPer è presentato nella Figura 2.
Come nei microcircuiti simili per la costruzione di alimentatori a commutazione prodotti da aziende come Power Integrations e Fairchild, la famiglia di microcircuiti VIPer utilizza una modalità di regolazione della corrente. Vengono utilizzati due circuiti di feedback: un circuito di controllo della corrente interno e un circuito di controllo della tensione esterno. Quando il MOSFET è acceso, il valore della corrente primaria del trasformatore viene monitorato dal SenseFET e convertito in una tensione proporzionale alla corrente. Quando questa tensione raggiunge un valore pari a Vcomp (la tensione sul pin COMP (vedi Fig. 1) è la tensione di uscita dell'amplificatore di errore), il transistor si spegne. Pertanto, il circuito di controllo della tensione esterna è determinato dal valore al quale il circuito di corrente interno spegne l'interruttore ad alta tensione. È importante notare un'altra caratteristica dei microcircuiti VIPer, che li pone ad un livello superiore alla concorrenza. Questa è la capacità di operare a frequenze che raggiungono i 300 kHz. Consente un'efficienza ancora maggiore e l'uso di trasformatori più piccoli, portando alla miniaturizzazione dell'alimentatore pur mantenendo la potenza di uscita di progetto.
Riso. 2.
La famiglia VIPer dispone di una vasta gamma di dispositivi che semplificano la selezione di un microcircuito che soddisfi le condizioni tecniche specificate. I dispositivi attualmente disponibili, compresi i nuovi prodotti, sono presentati nella Tabella 1.
Tabella 1. Tabella riassuntiva dei dispositivi della famiglia VIPer
| Nome | Sì, V | Uccmax, V | R sì, Ohm | Sono min, A | F sw, kHz | Telaio |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 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 | fino a 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer20(022Y) | 620 | 15 | 16 | 0,5 | fino a 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer20DIP | 620 | 15 | 16 | 0,5 | fino a 200 | DIP-8 |
| VIPer20A | 700 | 15 | 18 | 0,5 | fino a 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer20A(022Y) | 700 | 15 | 18 | 0,5 | fino a 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer20ADIP | 700 | 15 | 18 | 0,5 | fino a 200 | DIP-8 |
| VIPer20ASP | 700 | 15 | 18 | 0,5 | fino a 200 | PowerSO-10 |
| VIPer50 | 620 | 15 | 5 | 1,5 | fino a 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer50(022Y) | 620 | 15 | 5 | 1,5 | fino a 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer50A | 700 | 15 | 5,7 | 1,5 | fino a 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer50A(022Y) | 700 | 15 | 5,7 | 1,5 | fino a 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer50ASP | 700 | 15 | 5,7 | 1,5 | fino a 200 | PowerSO-10 |
| VIPer53DIP | 620 | 17 | 1 | 1,6 | fino a 300 | DIP-8 |
| VIPer53SP | 620 | 17 | 1 | 1,6 | fino a 300 | PowerSO-10 |
| VIPer53EDIP | 620 | 17 | 1 | 1,6 | fino a 300 | DIP-8 |
| VIPer53ESP | 620 | 17 | 1 | 1,6 | fino a 300 | PowerSO-10 |
| VIPer100 | 700 | 15 | 2,5 | 3 | fino a 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer100(022Y) | 700 | 15 | 2,5 | 3 | fino a 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer100A | 700 | 15 | 2,8 | 3 | fino a 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer100A(022Y) | 700 | 15 | 2,8 | 3 | fino a 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer100ASP | 700 | 15 | 2,8 | 3 | fino a 200 | PowerSO-10 |
I chip VIPer sono disponibili in vari design di pacchetti, mostrati nella Figura 3.
Riso. 3.
Il pacchetto PowerSO-10 è uno sviluppo di ST Microelectronics. Questo pacchetto è progettato per il montaggio superficiale su un pad di rame sulla superficie di un circuito stampato collegato allo scarico di un transistor di potenza.
La tabella 2 presenta le raccomandazioni di STMicroelectronics per la sostituzione di dispositivi simili di altri produttori con dispositivi della famiglia VIPer. Questa tabella è stata compilata utilizzando materiali forniti da STMicroelectronics. I dispositivi VIPer elencati nella tabella non sono analoghi pin-to-pin di dispositivi di altri produttori. I dati sono stati compilati sulla base di caratteristiche parametriche simili.
 |
||
| 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 |
Riso. 4.
In conclusione, vorrei sottolineare che STMicroelectronics fornisce agli sviluppatori un pacchetto di software gratuito per il calcolo dei parametri di un alimentatore basato su chip della famiglia VIPer.
Il pacchetto VIPer Design Software ha un'interfaccia accessibile e intuitiva che consente di impostare tutti i parametri necessari e ricevere un diagramma già pronto con un elenco dei componenti utilizzati, grafici e oscillogrammi dei processi.
Per informazioni tecniche, ordinazione campioni e consegna, contattare COMPEL. E-mail:
EEPROM in un nuovo pacchetto in miniatura
Nel marzo 2007, la STMicroelectronics ha annunciato il rilascio dei familiari chip EEPROM (capacità da 2 a 64 kBit; con interfaccia SPI o I 2 C) in un design MLP8 (ML - Micro Leadframe) in miniatura da 2x3 mm. In termini di caratteristiche prestazionali, il nuovo sviluppo è paragonabile al suo predecessore, un microcircuito 4x5 mm (nel pacchetto S08N), tuttavia può risparmiare significativamente spazio sul circuito stampato, oltre a ridurre il costo del dispositivo finale .
La STMicroelectronics è la prima azienda a portare sul mercato una linea completa di serie EEPROM in un pacchetto così piccolo. Un involucro super sottile (solo 0,6 mm) con perni piatti situati su entrambi i lati, un numero di cicli di memoria fino a 1 milione (!), la capacità di memorizzare i dati necessari per più di 40 anni: tutto ciò rende il microcircuito un degno rappresentante della sua famiglia.
Il nuovo sviluppo è destinato ad applicazioni in ampi settori della moderna microelettronica: fotocamere e videocamere digitali, lettori MP3 in miniatura, vari telecomandi, console di gioco, dispositivi wireless, sistemi Wi-Fi.
Il rilascio del nuovo microcircuito è previsto per la seconda metà del 2007, ma già è possibile ordinare dei campioni.
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