În trecutul recent, multe companii producătoare au început să renunțe la sursele de alimentare cu transformatoare din cauza greutății lor considerabile și a dimensiunilor totale semnificative. Imaginați-vă o sursă de alimentare cu transformator cu o putere de ieșire de 100-150 W, chiar realizată pe un miez magnetic toroidal. Masa unei astfel de surse de alimentare va fi de aproximativ 5-7 kg și nu este nimic de vorbit despre dimensiunile sale. Odată cu apariția tuturor tipurilor de microcircuite de control PWM și a tranzistoarelor MOSFET puternice de înaltă tensiune, sursele de alimentare cu transformatoare au fost înlocuite cu unele în impulsuri, prin urmare, dimensiunile generale și greutatea surselor de alimentare au scăzut de mai multe ori. Sursele de alimentare cu comutare nu sunt inferioare celor cu transformator în putere, în plus, sunt mult mai eficiente. Eficiența surselor de alimentare cu comutație moderne atinge 95%. Cu toate acestea, astfel de surse de alimentare au dezavantajele lor:
2. Dificultate de configurare din cauza selectării componentelor pasive în cablajul controlerului PWM, în circuitul de protecție etc.
Aceste neajunsuri creează, de asemenea, inconveniente la diagnosticarea defecțiunilor și eliminarea acestora.
Componentele principale ale circuitului clasic al unei surse de alimentare comutatoare cu flyback constau din următoarele blocuri.
1. Circuit de intrare (include filtru de rețea, punte de diode și condensatori de filtru).
2. Controler PWM.
3. Circuite de protecție (supratensiune, supratemperatură etc.)
4. Circuite de stabilizare a tensiunii de ieșire.
5. Tranzistor MOSFET de ieșire puternic.
6. Circuit de ieșire format dintr-o punte de diode și condensatoare de filtru.
După cum puteți vedea, numărul de componente active incluse într-o sursă de alimentare comutată ajunge la câteva zeci, ceea ce mărește dimensiunile totale ale dispozitivului și, ca urmare, creează o serie de probleme în timpul proiectării și depanării.
STMicroelectronics, după ce a analizat dificultățile întâmpinate la proiectarea surselor de alimentare cu comutație, a dezvoltat o serie unică de microcircuite, combinând un controler PWM, circuite de protecție și un tranzistor MOSFET de ieșire puternic pe un singur cip. Seria de dispozitive a fost numită VIPer.
Numele VIPer provine de la tehnologia de fabricație a tranzistorului MOSFET în sine, și anume, Vertical Power MOSFET.
Diagrama funcțională a unuia dintre dispozitivele familiei VIPer este prezentată în Figura 1.
Orez. 1.
Caracteristici cheie:
- frecventa de comutare reglabila de la 0 la 200 kHz;
- modul de reglare curent;
- pornire soft;
- Consum de curent alternativ mai mic de 1 W în modul standby;
- oprire când tensiunea de alimentare scade în cazul unui scurtcircuit (scurtcircuit) sau supracurent;
- circuit de declanșare integrat în cip;
- repornire automată;
- protecție la supraîncălzire;
- limită de curent reglabilă.
Un exemplu de diagramă schematică a unei conexiuni standard a unuia dintre reprezentanții familiei VIPer este prezentat în Figura 2.
Ca și în microcircuite similare pentru construirea surselor de alimentare cu comutație produse de companii precum Power Integrations și Fairchild, familia de microcircuite VIPer utilizează un mod de reglare curent. Sunt utilizate două bucle de feedback - o buclă de control internă a curentului și o buclă de control externă a tensiunii. Când MOSFET-ul este pornit, valoarea curentului primar al transformatorului este monitorizată de SenseFET și convertită la o tensiune proporțională cu curentul. Când această tensiune atinge o valoare egală cu Vcomp (tensiunea la pinul COMP (vezi Fig. 1) este tensiunea de ieșire a amplificatorului de eroare), tranzistorul se oprește. Astfel, bucla externă de control a tensiunii este determinată de valoarea la care bucla de curent internă oprește comutatorul de înaltă tensiune. Este important de remarcat încă o caracteristică a microcircuitelor VIPer, care le plasează la un nivel deasupra concurenților lor. Aceasta este capacitatea de a opera la frecvențe care ajung la 300 kHz. Permite o eficiență și mai mare și utilizarea unor transformatoare mai mici, ceea ce duce la miniaturizarea sursei de alimentare, menținând în același timp puterea de ieșire proiectată.
Orez. 2.
Familia VIPer are o gamă largă de dispozitive care facilitează selectarea unui microcircuit care îndeplinește condițiile tehnice specificate. Dispozitivele disponibile în prezent, inclusiv produsele noi, sunt prezentate în Tabelul 1.
Tabelul 1. Tabel rezumat al dispozitivelor din familia VIPer
| Nume | U si, V | Ucc max, V | R si, Ohm | Sunt min, A | F sw, kHz | Cadru |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 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 | până la 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer20(022Y) | 620 | 15 | 16 | 0,5 | până la 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer20DIP | 620 | 15 | 16 | 0,5 | până la 200 | DIP-8 |
| VIPer20A | 700 | 15 | 18 | 0,5 | până la 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer20A(022Y) | 700 | 15 | 18 | 0,5 | până la 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer20ADIP | 700 | 15 | 18 | 0,5 | până la 200 | DIP-8 |
| VIPer20ASP | 700 | 15 | 18 | 0,5 | până la 200 | PowerSO-10 |
| VIPer50 | 620 | 15 | 5 | 1,5 | până la 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer50(022Y) | 620 | 15 | 5 | 1,5 | până la 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer50A | 700 | 15 | 5,7 | 1,5 | până la 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer50A(022Y) | 700 | 15 | 5,7 | 1,5 | până la 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer50ASP | 700 | 15 | 5,7 | 1,5 | până la 200 | PowerSO-10 |
| VIPer53DIP | 620 | 17 | 1 | 1,6 | până la 300 | DIP-8 |
| VIPer53SP | 620 | 17 | 1 | 1,6 | până la 300 | PowerSO-10 |
| VIPer53EDIP | 620 | 17 | 1 | 1,6 | până la 300 | DIP-8 |
| VIPer53ESP | 620 | 17 | 1 | 1,6 | până la 300 | PowerSO-10 |
| VIPer100 | 700 | 15 | 2,5 | 3 | până la 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer100(022Y) | 700 | 15 | 2,5 | 3 | până la 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer100A | 700 | 15 | 2,8 | 3 | până la 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer100A(022Y) | 700 | 15 | 2,8 | 3 | până la 200 | PENTAWATT H.V. |
| VIPer100ASP | 700 | 15 | 2,8 | 3 | până la 200 | PowerSO-10 |
Cipurile VIPer sunt disponibile în diferite modele de pachete, prezentate în Figura 3.
Orez. 3.
Pachetul PowerSO-10 este o dezvoltare a ST Microelectronics. Acest pachet este proiectat pentru montarea la suprafață pe o placă de cupru pe suprafața unei plăci de circuit imprimat conectată la drenajul unui tranzistor de putere.
Tabelul 2 prezintă recomandări de la STMicroelectronics pentru înlocuirea dispozitivelor similare de la alți producători cu dispozitive din familia VIPer. Acest tabel a fost întocmit din materiale furnizate de STMicroelectronics. Dispozitivele VIPer enumerate în tabel nu sunt analogi pin-to-pin ale dispozitivelor de la alți producători. Datele au fost compilate pe baza unor caracteristici parametrice similare.
 |
||
| 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 |
Orez. 4.
În concluzie, aș dori să menționez că STMicroelectronics oferă dezvoltatorilor un pachet de software gratuit pentru calcularea parametrilor unei surse de alimentare bazate pe cipuri din familia VIPer.
Pachetul VIPer Design Software are o interfață accesibilă și intuitivă care vă permite să setați oricare dintre parametrii necesari și să primiți o diagramă gata făcută cu o listă de componente utilizate, grafice și oscilograme ale proceselor.
Pentru informatii tehnice, comanda mostre si livrare, va rugam sa contactati COMPEL. E-mail:
EEPROM într-un nou pachet miniatural
În martie 2007, STMicroelectronics a anunțat lansarea cipurilor EEPROM familiare (capacitate de la 2 la 64 kBit; cu interfață SPI sau I 2 C) într-un design miniatural 2x3 mm MLP8 (ML - Micro Leadframe). În ceea ce privește caracteristicile sale de performanță, noua dezvoltare este comparabilă cu predecesorul său, un microcircuit de 4x5 mm (în pachetul S08N), cu toate acestea, poate economisi semnificativ spațiu pe placa de circuit imprimat, precum și reduce costul dispozitivului final. .
STMicroelectronics este prima companie care a scos pe piață o linie completă de serie EEPROM într-un pachet atât de mic. O carcasă super-subțire (doar 0,6 mm) cu pini plate amplasați pe ambele părți, numărul de cicluri de memorie de până la 1 milion (!), capacitatea de a stoca datele necesare pentru mai mult de 40 de ani - toate acestea fac din microcircuit un demn reprezentant al familiei sale.
Noua dezvoltare este destinată aplicațiilor în domenii largi ale microelectronicii moderne: camere foto și video digitale, playere MP3 în miniatură, diverse telecomenzi, console de jocuri, dispozitive wireless, sisteme Wi-Fi.
Lansarea noului microcircuit este programată pentru a doua jumătate a anului 2007, dar mostrele pot fi comandate acum.
Implementarea multor funcții ale aparatelor electrocasnice moderne se bazează în mare parte pe utilizarea microcontrolerelor și a circuitelor suplimentare. Deși transformatoarele convenționale cu miez de fier pot asigura izolarea de rețeaua de curent alternativ, sursele de alimentare de joasă tensiune microprocesoarelor ale căror ieșiri controlează întrerupătoarele de alimentare conectate la rețea necesită un alt strat de izolare electrică, cum ar fi optocuplele sau transformatoarele de comutare.
Designerii pot evita necazul și cheltuielile de a adăuga componente de izolație suplimentare la o linie de curent alternativ neizolată. Dar dacă obținerea unei tensiuni joase folosind o sursă de alimentare cu comutație autonomă nu provoacă dificultăți, obținerea mai multor tensiuni prezintă o anumită problemă și necesită un design relativ complex.
Ca alternativă, puteți utiliza un controler de convertizor comutator cu un singur cip, cum ar fi cel produs (IC 1 în Figura 1), cu care puteți crea două tensiuni stabilizate cu o putere totală de până la 3,3 W de la o tensiune de rețea AC de 88 V la 265 V. . Cu valorile nominale ale componentelor indicate în figură, circuitul asigură o sarcină cu tensiuni de -5 V ±5% la un curent de până la 300 mA și -12 V ±10% la un curent de până la 150 mA.
Viper22A include un generator de ceas de 60 kHz, o referință de tensiune, circuite de protecție termică și un MOSFET de putere de înaltă tensiune capabil să disipeze câțiva wați de putere. Deși Viper22A este disponibil într-un pachet cu 8 pini, necesită doar patru pini pentru a funcționa: intrarea VDD, intrarea de feedback FB și pinii sursă și de scurgere MOSFET. Pinii rămași - intrarea de alimentare de rezervă și contactele de scurgere suplimentare - servesc la îmbunătățirea disipării căldurii în placa de circuit imprimat.
Rezistorul R 4 limitează supratensiunile de curent de intrare și, în același timp, servește ca siguranță de protecție. Cu dioda D 1, tensiunea alternativă a rețelei este redresată la o valoare efectivă de aproximativ 160 V și netezită de un filtru pe elementele C 1, R 1, L 1 și C 2. Pe lângă netezirea ondulației DC, filtrul reduce interferența electromagnetică la un nivel care îndeplinește cerințele standardului european 55014 CISPR14. O reducere suplimentară a emisiilor conduse este asigurată de condensatorul de amortizare C 9, conectat în paralel cu dioda D 1.
Condensatorul C3 acumulează sarcină pozitivă în timpul în care MOSFET-ul este închis și o eliberează pentru a furniza tensiunea V DD la IC 1 când MOSFET-ul este deschis. Tensiunea inversă a unei diode D 3 poate atinge suma tensiunii de rețea redresate de vârf și a tensiunii DC de ieșire maximă, astfel încât o diodă de recuperare rapidă evaluată la 600 V tensiune inversă de vârf ar trebui selectată ca diodă D 3.
Pentru feedback care închide bucla de control, este utilizată tensiunea V OUT2. Suma tensiunii bază-emițător a tranzistorului PNP de uz general Q 1 și a tensiunii inverse a diodei zener D 6 stabilește tensiunea V OUT2 egală cu -5 V. Dioda zener D 7 schimbă tensiunea la intrarea de feedback a microcircuitul IC 1 în domeniul său liniar de 0 ... 1 V. Pentru a elimina frecvența înaltă Pentru a genera generare în circuitul de reacție, conductoarele care merg la condensatorul C 4 trebuie să fie cât mai scurte posibil. Cele două înfășurări ale bobinei L2 sunt înfășurate pe un miez de ferită pentru gantere TDK SRW0913; Raportul spirelor înfășurării determină tensiunea de ieșire V OUT1. Pentru a menține stabilizarea atunci când nu există sarcină la ieșirea V OUT1 și sarcină completă la V OUT2, un rezistor suplimentar R5 este conectat între V OUT1 și linia comună de masă.
Descriere
Microcircuitele sunt proiectate pentru construirea de convertoare izolate galvanic cu feedback (convertoare flyback) cu Uin constantă de la 35 la 400 V (Uin variabilă de la 85 la 300 V), Uout de la 2,5 la 150 V și curenți de până la 30 A. Mod de stabilizare a curentului și limitarea curentului controlat, funcțiile de repornire automată și pornire ușoară, protecție împotriva supratensiunii și suprasarcinii, posibilitatea de sincronizare externă și control al opririi - vă permit să proiectați surse de alimentare compacte și foarte fiabile, cu o eficiență de până la 90%. În tabel 1 furnizează principalele caracteristici ale microcircuitelor VIPer de la STMicroelectronics.
Masa 1. Principalele caracteristici ale cipurilor VIPer de la STMicroelectronics
| Tip | Uci max, V | Rsi, Ohm | Ic max, A | Pmax, W | Fsw. kHz | Tipuri de cazuri |
|---|---|---|---|---|---|---|
| VIPer20 | 620 | 16 | 0,5 | 20 | până la 200 | |
| VIPer20A | 700 | 18 | 0,5 | 20 | până la 200 | Pentawatt HV, PowerSO-10, DIP-8, Pentawatt HV (022Y) |
| VIPer20B | 400 | 8,7 | 1,3 | 20 | până la 200 | |
| VIPer50 | 620 | 5 | 1,5 | 50 | până la 200 | Pentawatt HV, PowerSO-10, Pentawatt HV (022Y) |
| VIPer50A | 700 | 5,7 | 1,5 | 50 | până la 200 | Pentawatt HV, PowerSO-10, Pentawatt HV (022Y) |
| VIPer50B | 400 | 2,2 | 3 | 50 | până la 200 | Pentawatt HV, PowerSO-10, Pentawatt HV (022Y) |
| VIPer100 | 620 | 2,5 | 3 | 100 | până la 200 | Pentawatt HV, PowerSO-10, Pentawatt HV (022Y) |
| VIPer100A | 700 | 2,8 | 3 | 100 | până la 200 | Pentawatt HV, PowerSO-10, Pentawatt HV (022Y) |
| VIPer100B | 400 | 1,1 | 6 | 100 | până la 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 | până la 300 | Pentawatt HV (022Y), DIP-8, PowerSO-10, TO-220FP-5L, SO-8 |
| VIPer50ALL* | 650 | 5,4 | 2 | 40_70 | până la 300 | Pentawatt HV (022Y), PowerSO-10, DIP-8, TO-220FP-5L |
| * - in dezvoltare | ||||||
Orez. 1. Schema bloc a controlerelor PWM din familia VIPer
Orez. 2. Proiectarea circuitului unei surse de alimentare bazată pe VIPer100
Caracteristici cheie Frecvența de comutare reglabilă - de la 0 la 200 kHz; Avantaje Ca și în cipurile similare din familia TOPSwitch produse de Power Integrations, cipurile din familia VIPer folosesc un mod de control curent. Sunt utilizate două bucle de feedback - o buclă de control internă a curentului și o buclă de control externă a tensiunii. Când MOSFET-ul este pornit, valoarea curentului primar al transformatorului este monitorizată de SenseFET și convertită la o tensiune proporțională cu curentul. Când această tensiune atinge o valoare egală cu Vcomp (tensiunea de la pinul COMP este tensiunea de ieșire a amplificatorului de eroare), tranzistorul se oprește. Astfel, bucla de control externă a tensiunii este determinată de valoarea la care bucla de curent internă oprește comutatorul de înaltă tensiune.
. modul de reglare curent;
. pornire ușoară;
. Consum de curent alternativ mai mic de 1 W în modul standby;
. oprire când tensiunea de alimentare scade în cazul unui scurtcircuit (scurtcircuit) sau supracurent;
. circuit de declanșare integrat în cip;
. repornire automată;
. protecție la supraîncălzire;
. limită de curent reglabilă.
Modul de control al curentului garantează o bună limitare în caz de scurtcircuit. În acest caz, tensiunea înfășurării de feedback scade și astfel Vdd (tensiunea la pinul VDD) atinge un nivel de 8 V. În acest caz, protecția la subtensiune UVLO este activată și tranzistorul se oprește. Este pornită sursa de curent de declanșare de înaltă tensiune, care încarcă condensatorul extern C4 (Fig. 2) la un nivel de 11 V (în consecință, timpul de repornire va depinde de capacitatea lui C4), moment în care se încearcă o încercare. pentru a porni sursa de alimentare în modul de funcționare.
Dacă se dorește, curentul de vârf limitat intern poate fi redus prin limitarea tensiunii la pinul Vcomp, ceea ce este util pentru oprirea de la distanță a întregii surse de alimentare folosind un semnal extern.
Un avantaj important al familiei VIPer este intervalul de ciclu de lucru extrem de larg - de la 0 la 90%. Power Integrations Se știe că familia de circuite integrate TOPSwitch necesită o sarcină mică de balast în timpul funcționării inactiv pentru a menține sursa de alimentare în limitele de reglementare.
VIPer nu are acest dezavantaj. În modul inactiv, acestea trec la modul de impulsuri de curent individuale, care permite reglarea înfășurării secundare. În acest caz, tensiunea de pe înfășurarea auxiliară depășește 13 V și transformă amplificatorul de eroare într-o stare logică zero. Tranzistorul se oprește și sursa de alimentare funcționează la un ciclu de lucru aproape zero. Când Vdd atinge pragul de pornire, dispozitivul pornește din nou pentru o perioadă scurtă de timp. Aceste cicluri se repetă cu perioade de comutare omise, iar frecvența de funcționare echivalentă în acest mod este mult mai mică decât în modul normal, rezultând o reducere semnificativă a consumului de curent alternativ. Modul standby respectă standardul german Blue Angel (consum de energie mai mic de 1 W pentru sistemele în modul stand-by).
Un alt avantaj important al VIPer este frecvența de conversie reglabilă până la 200 kHz folosind un lanț RC extern. O frecvență de ceas de 200 kHz face posibilă reducerea dimensiunii transformatorului și a filtrului LC de netezire a ieșirii și, prin urmare, a întregii surse de alimentare în ansamblu. De asemenea, pinul OSC permite sincronizarea sursei de alimentare de la o sursă de semnal externă.
Trebuie remarcat faptul că caracteristicile termice îmbunătățite ale familiei de cipuri VIPer în comparație cu familia TOPSwitch Power Integrations. Rezistența termică a carcasei RJA VIPer Pentawatt ajunge la 60ºC/W, iar carcasa PowerSO-10 ajunge la 50ºC/W. În același timp, pachetul PowerSO-10 este foarte convenabil atunci când se utilizează tehnologia de montare pe suprafață și poate fi instalat pe o placă de cupru de contact pe suprafața unei plăci de circuit imprimat cu un substrat larg conectat la scurgerea unui tranzistor de putere.
Cele mai recente evoluții sunt cipuri noi din familia VIPer. Acestea sunt VIPer20AII, VIPer50AII cu o frecvență de comutare de până la 300 kHz, precum și VIPer12A cu o frecvență de comutare fixă de 50 kHz și o putere de ieșire maximă de 12 W în pachetele DIP-8 și SO-8. Este interesant să comparăm caracteristicile tehnice a două familii similare de controlere PWM de înaltă tensiune TOPSwitch de la Power Integrations și VIPer de la STMicroelectronics (Tabelul 2).
Masa 2. Caracteristici comparative ale VIPer și TOPSwitch
Viktor Petrovici Oleynik,
specialist tehnic SEA - Electronica,
Recent, lămpile cu incandescență, care au o resursă foarte limitată de aproximativ 1000 de ore, și lămpile de iluminat cu descărcare în gaz, cu o resursă de aproximativ 20.000 de ore, sunt viguroase înlocuite cu analogi LED, care pot funcționa fără înlocuire mult mai mult - 100.000 de ore. Aceștia au cea mai mare eficiență în transformarea energiei electrice în lumină printre sursele de lumină artificială, ceea ce obligă guvernele multor țări, inclusiv Rusia, să introducă mai viguros tehnologii de economisire a energiei în tehnologia iluminatului. Acest lucru este facilitat și de scăderea constantă a costului LED-urilor ultra-luminoase din cauza concurenței producătorilor globali.
Din păcate, majoritatea lămpilor LED de uz casnic folosesc surse de alimentare simple cu un condensator de balast. Și asta în ciuda faptului că dezavantajele binecunoscute ale acestuia din urmă (supratensiunea curentului la pornire, o gamă restrânsă de tensiune de rețea corespunzătoare limitelor admisibile de curent prin LED-uri, precum și posibilitatea de deteriorare din cauza întreruperii sarcinii) conduc la defectarea prematură a lămpilor. Aceasta înseamnă că o astfel de soluție de circuit, în principiu, nu poate asigura funcționarea eficientă pe termen lung a surselor de lumină LED cu o resursă estimată de 100.000 de ore.
Proiectarea propusă a unui SMPS de rețea simplu, de dimensiuni mici pentru o lampă LED (Fig. 1) nu are astfel de deficiențe și, în ciuda fiabilității sale ridicate de funcționare, este foarte ieftin (aproximativ 50 de ruble fără LED-uri). Utilizarea instrumentelor de proiectare asistată de computer pentru acest dispozitiv permite radioamatorului să varieze în mod independent intervalul și numărul de LED-uri conectate.
Funcționarea unui astfel de stabilizator de tensiune de reducere a impulsului și principiile fizice ale funcționării acestuia sunt descrise în (Fig. 1c și Fig. 2.6).
Prin urmare, vom arunca o privire mai atentă asupra secvenței de proiectare a unui convertor de rețea pentru a alimenta 17 LED-uri ultra-luminoase utilizate în dispozitivul descris (Fig. 1). Printre acestea se numără EL1-EL8 – LED-uri standard de 5 mm LC503TWN1-15G și LED-uri cu cip EL9-EL11 – ARL-5060WYC, câte 3 buc. într-un pachet dreptunghiular PLCC6 cu dimensiuni de 5x5 mm cu un curent direct admis de până la 40 mA și o cădere de tensiune directă de aproximativ 3,2 V pe fiecare diodă. Această alegere a LED-urilor din copia autorului se datorează necesității de a ilumina tastatura computerului. Primele LED-uri au un unghi mic de radiație - 15 ° la jumătate de nivel de putere, al doilea - unul mare - 120 °. Ca rezultat, nu vor exista granițe ascuțite în punctul total de lumină, iar iluminarea din centru este mai mare decât la periferie. Nuanța de culoare a unei astfel de surse de lumină este medie între alb rece și cald, care este determinată de parametrii LED-urilor utilizate.
Din motive de proiectare, același tip de LED-uri sunt conectate în serie, rezultând cele prezentate în Fig. 1 două circuite (de 8 și respectiv 9 LED-uri), care sunt conectate în paralel prin rezistențele de limitare a curentului R2 și R3. Tensiunea de ieșire a convertorului pentru ambele circuite este selectată la 32 V cu un curent de sarcină de 40 mA.
Pentru a proiecta convertorul, a fost folosit programul Non-Isolated VIPer Design Software v.2.3 (NIVDS), care este descris în articol. Intervalul de tensiune al rețelei a fost lăsat selectat de program în mod implicit 88...264 V. S-a folosit controlerul PHI - cip VIPer22A cu o frecvență de conversie de 60 kHz, mod de conversie intermitentă (DCM - Discontinuous Current Mode), tensiune de ieșire - 32 V la un curent de 40 mA. Inductanța bobinei de stocare L1, calculată de program, a fost de 2,2 mH. Alți parametri ai convertorului: eficiență - 74%, amplitudinea maximă a curentului a tranzistorului de comutare al microcircuitului DA1 - 169 mA, temperatura maximă a acestuia - 47 ° C, valoarea efectivă a consumului de curent - 17 mA la o tensiune de rețea maximă de 264 V.
Choke L1 este un DM-0,1 500 μH de înaltă frecvență modificat. Pentru a-și crește inductanța la 2,2 mH, la înfășurarea existentă se adaugă 2 straturi de 100 de spire de sârmă PEV-2 cu diametrul de 0,12 mm, fără a schimba direcția de înfășurare. Izolarea dintre straturile adăugate, precum și acoperirea generală a clapetei de accelerație, se realizează cu bandă adezivă. Conductoarele inductorului sunt îndoite pentru montarea pe o placă de circuit imprimat la cel puțin 5 mm de corpul de ferită, în caz contrar, cablurile de înfășurare din fabrică vor fi deteriorate. În loc de inductorul DM-0.1 modificat, puteți utiliza inductorii KIG-0.2-2200 sau SDR1006-2200.
În Fig. 2, iar aspectul său este prezentat în Fig. 3. Condensatorul C1 este lipit cu un spațiu de 7...8 mm pe placă, deoarece trebuie să fie înclinat spre centrul plăcii, astfel încât să se potrivească în baza folosită de la o lampă de economisire a energiei arsă.
Convertorul poate folosi condensatori de oxid importați cu o temperatură maximă de funcționare de 105 °C. Condensatoarele C2 și C5 sunt film sau ceramice cu o tensiune nominală de cel puțin 50 V. Jumperul fuzibil FU1 este un fir de la o siguranță cu un curent nominal de 1 A. Slotul protejează placa dacă FU1 se arde. Dar slotul nu este necesar dacă jumperul este înlocuit cu o legătură fuzibilă într-o carcasă ceramică (din seria VP1-1, VP1-2) sau cu o rezistență de siguranță R1-25 (sau o rezistență similară importată de 8 ... 10 ohmi). Dacă se folosește un rezistor de siguranță, rezistența rezistorului R1 este redusă la 10...12 ohmi.
Încărcarea LED R2R3EL1 – EL11 este montată pe o altă placă de circuit imprimat din folie laminată din fibră de sticlă, cu o grosime de 0,5... 1 mm (Fig. 4). Secțiunea de folie poligonală din centrul plăcii este proiectată pentru a elimina căldura de la LED-urile cu montare pe suprafață EL9-EL11. Rezistoarele de limitare a curentului R2 și R3 sunt PH1-12 de dimensiune standard 1206. Cele două plăci sunt conectate între ele prin lipirea în plăcuțele de contact corespunzătoare a trei bucăți de sârmă de cupru cu un diametru de 0,7 mm și o lungime de aproximativ 7 mm, pe care bucăți de tije goale din plastic de la rulmenți cu bile sunt plasate ca mânere de limitare a cutiilor de osie Două fire alimentează placa cu LED-uri, iar al treilea asigură rigiditatea necesară structurii. La conectare, laturile adiacente sunt cele lipsite de elemente de pe ambele plăci. Bucăți scurte de sârmă sunt introduse în găurile plăcuțelor de contact marcate cu asteriscuri și lipite pe ambele părți. În primul rând, folosind LATR, este recomandabil să se verifice stabilitatea tensiunii de ieșire de 32 V pe toată gama de modificări ale tensiunii de rețea (88 ... 264 V), în timp ce în loc de LED-uri, rezistențe cu o rezistență totală de 800 Sunt conectați ohmii, apoi LED-urile sunt instalate în loc și, în loc de rezistențele de limitare a curentului constant, R2 și R3 sunt lipite temporar cu trimmere cu o rezistență de 150 de ohmi, aveți grijă la șoc electric, deoarece toate elementele dispozitivului sunt conectate galvanic la rețeaua de alimentare. Toate modificările se fac numai în starea dezactivată. Rezistoarele trimmerului sunt reglate cu o șurubelniță dielectrică. Curentul prin fiecare circuit LED este monitorizat cu un miliampermetru Deși LED-urile utilizate permit curent direct de până la 40 mA cu o creștere corespunzătoare a luminozității, pentru a obține durabilitatea declarată a LED-urilor, curentul este setat la 20 mA. rezistentele. La aproximativ 5 minute de la pornire, condițiile termice ale LED-urilor se stabilizează, deci este necesară o ajustare suplimentară a curentului. Dacă există un miliampermetru, curentul din fiecare circuit LED este reglat pe rând. În cele din urmă, rezistențele de reglare sunt înlocuite cu constante ale rezistenței găsite.
Folosind instrumentul Waveforms, programul NIVDS vă permite să simulați modurile unui controler PHI. În fig. Figura 5 prezintă o diagramă a curentului de impuls în controler la o tensiune de rețea de 220 V, care practic coincide cu rezultatele măsurătorilor de control. Intervalul O...1,5 μs corespunde stării deschise a tranzistorului de comutare al microcircuitului DA1 (cursa înainte a convertorului). Culoarea albastră arată un grafic al curentului din bobina de stocare în timpul cursei inverse a convertorului. Intervalul de 1,5 ... 13 μs corespunde etapei de transfer la sarcină a energiei acumulate de clapetea de accelerație în timpul cursei înainte. Intervalul de 13...16,6 μs este așa-numita pauză moartă în funcționarea convertizorului, când în circuitul de ieșire apar oscilații libere amortizate de tensiune și curent. Aceste oscilații sunt ilustrate mai clar printr-o diagramă a tensiunii la sursa tranzistorului în raport cu firul de alimentare comun (Fig. 6), unde este clar vizibil că apar oscilații de tensiune amortizate în raport cu nivelul de 32 V, corespunzătoare tensiunea de ieșire a convertorului. Filtrul de ieșire C4C5 reduce ondularea tensiunii de ieșire la 300 mV.
După cum se poate observa din Fig. 5 și 6, curentul de vârf al tranzistorului de comutare al microcircuitului (169 mA) este de câteva ori mai mic decât valoarea maximă admisă de 700 mA, tensiunea la scurgerea acestui tranzistor (300 V) este, de asemenea, mai mică decât valoarea maximă admisă. 730 V. Acest lucru asigură funcționarea convertorului cu o marjă mare de rezistență electrică, care, împreună cu protecția termică încorporată în cip, precum și protecția împotriva scurtcircuitelor și întreruperilor de sarcină, garantează mulți ani de funcționare fiabilă a dispozitivul descris.
Aspectul lămpii LED este prezentat în Fig. 7. Folosește un reflector de la o lanternă defectă.
Literatură
1. Kosenko S. Caracteristici ale funcționării elementelor inductive în convertoare cu un singur ciclu. - Radio. 2005. Nr 7. str. 30-32.
2. Kosenko S. Proiectare automată a SMPS de dimensiuni mici pe microcircuite VIPer - Radio, 2008, nr. 5, p. 32. 33.