Гибридные Аналого-Цифровые контроллеры для Импульсных источников питания
- Подробности
- Категория: Microchip
Понижающие преобразователи стали неотъемлемой частью современной электроники. Без них не обходится бытовая, телекоммуникационная, автомобильная электроника, портативные зарядные устройства и т.д. Не смотря на то, что импульсные источники питания обладают бóльшими габаритами и уровнем помех по сравнению с линейными стабилизаторами, они практически всегда обеспечивают большее значение КПД.
При разработке схемы управления питанием большинство инженеров придерживается аналоговых схем построения источников питания с простейшим цифровым управлением. Такой выбор с одной стороны связан с:
- применением традиционных и изученных схемы управления;
- сравнительно низкой стоимостью комплектующих;
- способность генерации высокочастотного ШИМ;
- малым энергопотребление аналоговых источников.
С другой стороны, большая часть аналоговых разработчиков ИИП просто не знакомы с возможностями цифровых методов управления питанием и сталкиваются с ограничениями аналоговых схем такими как:
- настройка источника только посредством перепайки схемы;
- сравнительно большое количество компонентов, что влияет на стоимость в производстве и габариты устройства;
- влияние температурных уходов и разброса параметров пассивных элементов ухудшает параметры источника;
- практически невозможно адаптивное управление;
- сложности реализации нелинейного управления для получения требуемых переходных характеристик.
Цифровые источники позволяют:
- программно задавать выходные параметры
- требуют минимум компонентов
- реализовывать автокоррекцию температурных влияний;
- сохранить «ноу-хау» за счет программных алгоритмов управления в защищенном микроконтроллере;
- применять современные методы контроля (нелинейное, адаптивное управление);
- управлять профилем выходного напряжения/тока в зависимости от режимов работы питаемой схемы.
Однако при построении цифровых источников питания тоже возникает ряд трудностей:
- Цифровые методы регулирования в основном не знакомы инженерам, работающим в данной области, необходимость знаний в программировании;
- влияние разрешения и скорости преобразования АЦП на точность ИИП;
- необходимость в высокой вычислительной скорости во избежание снижения параметров регулирования;
- для получения высокочастотного ШИМ с высокой разрядностью (МГц) нужна высокая тактовая частота генератора (ГГц), за счет этого выше энергопотребление.
Таким образом, оптимальное решение лежит между аналоговым и цифровым решениями. Чтобы заполнить этот пробел Microchip представили первый в мире аналоговый ШИМ-контроллер с цифровым управлением MCP19111.
MCP19111 включает в себя аналоговый ШИМ контроллер, синхронный MOSFET драйвер, LDO и управляющий PIC-микроконтроллер. Сочетание высокой производительности и программируемости микроконтроллера с малым временем отклика высокоскоростного аналогового модуля позволяет создавать более гибкие и более высокопроизводительные системы преобразования мощности с полным цифровым контролем.
Использование семейства контроллеров MCP19111 совместно с силовыми MOSFET транзисторами (MCP87018, MCP87030, MCP87090, MCP87130) позволяет создавать DC/DC преобразователи для широкого круга задач с КПД более чем 96%.
Рис. 1. Топология синхронного понижающего конвертера на базе MCP19111.
В продолжение линейки гибридных контроллеров для импульсных источников питания Microchip разработал еще два семейства MCP19114(5) и MCP19118(9).
Контроллеры MCP19118 и MCP19119 аналогичны MCP19111, но могут работать с входным напряжением до 40В.
Контроллеры MCP19114 и MCP19114 разработаны для схем с повышением напряжения и поддерживают топологии Boost, SEPIC, Ćuk, синхронный Flyback.
MCP19114/5 | MCP19110/1 | MCP19118/9 | |
Интегрированный PICTM микроконтроллер | Да | Да | Да |
Поддерживаемые топологии | Boost, SEPIC, Ćuk, Sync Flyback | Sync Buck | Sync Buck |
Входное напряжение, В | 4.5 – 42 | 4.5 - 32 | 4.5 - 40 |
Выходное напряжение, В | 1 – 200 | 0.6 – 90% VIN | 0.6V – 90% VIN |
Цепь компенсации | Внешняя | Внутренняя | Внутренняя |
Частота переключения | 32кГц – 2МГц, Квази-резонансный режим |
100кГц – 1.6МГц | 100кГц – 1.6МГц |
Память программ | 4 кСлова | 4 кСлова | 4 кСлова |
Интерфейсы связи | I2C | I2C, PMBusTM | I2C, PMBusTM |
Доступные порты В/В | Да (10 / 12) | Да (10 / 14) | Да (10 / 14) |
Силовые MOSFET
Используя передовые полупроводниковые технологии и корпусирования, в Microchip создали серию силовых MOSFET транзисторов MCP87хх с низким зарядом затвора QG и низким сопротивлением сток-исток RDS(ON), что позволяет более эффективно преобразовывать энергию и снизить потери переключения и проводимости.
Особенности:
- низкое входное сопротивление канала сток-исток
- низкий заряд затвора (QG) и заряда затвор-сток (QGD)
- низкое сопротивление канала
наименование | Vds, В | Rds(on)(4.5В), мОм |
Rds(on)(10В), мОм |
Qg (4.5V), нК (макс.) |
d , А | Vgs(пор.), В(мин.) |
Тип корпуса | Размеры, мм х мм |
MCP87130 | 25 | 16.5 | 13.5 | 8.0 | 54.0 | 1.1 | 8/PDFN | 3.3x3.3, 5x6 |
MCP87090 | 12.0 | 10.5 | 10.0 | 64.0 | 1.1 | 3.3x3.3, 5x6 | ||
MCP87055 | 7.0 | 6.0 | 14.0 | 60.0 | 1.0 | 3.3x3.3 | ||
MCP87050 | 6.0 | 5.0 | 15.0 | 100.0 | 1.0 | 5x6 | ||
MCP87030 | 4.0 | 3.5 | 22.0 | 100.0 | 1.0 | 5x6 | ||
MCP87022 | 2.6 | 2.3 | 29.0 | 100.0 | 1.0 | 5x6 | ||
MCP87018 | 2.2 | 1.9 | 37.0 | 100.0 | 1.0 | 5x6 |
Отладочные платы позволяют изучить и оценить работу МСР191111, MCP19115, MCP19119 в схемах импульсных преобразователей в широком диапазоне напряжений и нагрузок на выходе. Практически все рабочие и системные параметры можно задать программно с помощью интегрированного в микросхему микроконтроллера. Среда разработки MPLAB X IDE и плагин конфигурирования MCP19ххх позволяет легко сконфигурировать микросхемы и добавить свои части кода для управления параметрами источника, отработку аварийных ситуаций и интерфейсы связи. На плате есть внешние выводы для внутрисхемного программирования, подключения интерфейса I2C, выводы I/O и входы АЦП.
Рис 2. MCP19111 Evaluation Board (ADM00397)
Рис. 3. MCP19114 Flyback Standalone Evaluation Board (ADM00578)