Решения NXP для источников питания

Независимо от того, какой источник питания требуется, NXP предлагает высоко интегрированные и экономически эффективные решения на базе семейства контроллеров GreenChipтм. В портфолио NXP входят контроллеры импульсных источников питания, предназначенные для построения обратноходовых и резонансных преобразователей AC/DC, служащих основой современных решений для зарядных устройств, адаптеров и источников питания в широком диапазоне мощностей.

Рис. 1. Схема импульсного источника питания

Импульсный источник питания (ИИП) (рис. 1) преобразует сетевое переменное напряжение от 85 до 230 В на входе в напряжение питания потребителей.

Для преобразования энергии ИИП использует гальванически развязанный трансформатор. Благодаря использованию значительной частоты переключения в диапазоне до сотен килогерц достигается высокая эффективность, и становится возможным применение компонентов малого размера, сокращая общие габариты источника питания.

По выполняемым функциям продукты семейства GreenChipTM могут быть разделены на 4 основные категории:

  • контроллер корректора коэффициента мощности (ККМ) на предварительном этапе преобразования напряжения с целью уменьшения электромагнитных помех и обеспечения электромагнитной совместимости;
  • контроллер первичного контура, управляющий импульсами в первичной обмотке трансформатора;
  • контроллер вторичного контура, преобразующий переменное импульсное напряжение на вторичной обмотке трансформатора в постоянное;
  • контроллер дежурного режима, расширяющий возможности энергосбережения и защиты выхода.

Все многообразие предлагаемых NXP контроллеров приведено в сводной таблице 1. Как видно, NXP предлагает схемы управления коррекцией коэффициента мощности как встроенное решение в интегральную схему контроллера первичного контура. Надежная и безопасная работа контроллеров обеспечивается разнообразными встроенными защитами, исполнение которых позволяет гибко подходить к разработке и реализации источников питания.

Таблица 1. Контроллеры GreenChipTM для ИИП

Диапазон мощности Управление коррекцией коэффициента мощности Контроллеры первичного контура Контроллеры вторичного контура, контроллеры синхронного выпрямителя Управление вспомогательными функциями
Более 90 Вт, резонансные TEA171x (TEA1713, TEA1716) TEA179xA (TEA1791A, TEA1792A)
TEA1892A
TEA1795
TEA1995
TEA1703
TEA1708
Более 75 Вт, обратноходовые TEA175x (TEA1750/51/52/53/TEA1755) TEA176x (TEA1761, TEA1762)
TEA179x (TEA1791, TEA1792)
TEA1892
TEA1703
TEA1708
Менее 75 Вт, обратноходовые Нет TEA173x (TEA1731/32/33/38) TEA183x (TEA1832/33/36)
Менее 15 Вт, обратноходовые Нет TEA172x (TEA1721/23) Нет В составе интегральной схемы контроллера первичного контура

Решения GreenChipTM для обратноходовых преобразователей ac/dc

TEA173x

TEA173x предназначены для построения источников питания мощностью до 75 Вт по обратноходовой топологии, оптимальных по соотношению цена/эффективность при эффективности до 90%. В контроллерах TEA173x работа с фиксированной частотой переключения при максимальной выходной мощности сочетается с уменьшением частоты переключения при небольшой потребляемой нагрузкой мощности, результатом чего является высокая эффективность во всем диапазоне выходных мощностей. Джиттер частоты переключения уменьшает уровень электромагнитных помех, и все контроллеры серии имеют необходимые защиты для повышения надежности и устойчивости работы. Интегрированная схема компенсации наклона обеспечивает возможность нормальной работы в режиме непрерывной проводимости при коэффициенте заполнения более 50%. Основные характеристики контроллеров TEA173x показаны в таблице 3.

Таблица 3. Основные характеристики контроллеров TEA173x

Контроллер Корпус Топология источника питания Частота переключения при средней мощности, кГц Частота переключения при высокой мощности, кГц Частота переключения при пиковой мощности, кГц Мягкий запуск Напряжение питания, не более, В
TEA1731LTS TSOP6 Обратноходовой понижающий 27,5 65 82 Да 30
TEA1731TS 27,5 65 80
TEA1732CTS - 65 80
TEA1732LTS - 65 80
TEA1732TS - 65 80
TEA1733CT SO8 - - 66,5
TEA1733LT - - 66,5
TEA1733T - - 66,5
TEA1738LT 26,5 63 78
TEA1738T 26,5 63 78

Напряжение питания контроллера в начале работы определяется напряжением на конденсаторе, заряжаемым через резистор запуска. Так как ток потребления интегральной схемы при запуске составляет порядка 10 мкА, то нет необходимости в схеме высоковольтного запуска. Малый ток потребления и уменьшение частоты позволяют достичь мощности потребления в режиме ожидания менее чем 100 мВт. Для типового источника питания мощностью 65 Вт с выходным напряжением 19,5 В при верно подобранных внешних резисторе и Х-конденсаторе измеренное значение потребляемой мощности в режиме ожидания может не превышать 84 мВт при сетевом напряжении 230 В переменного тока.

Контроллеры производятся по технологии КНИ (кремний на изоляторе), благодаря чему реализованные защиты являются быстродействующими, достигается устойчивость работы при понижении управляющего напряжения, уменьшается зависимость от температуры. Также становится допустимым более широкий диапазон напряжений питания от 12 до 30 В.

Кратко оценить возможности контроллеров по доступным защитам можно по таблице 4.

Таблица 4. Основные защиты контроллеров TEA173x

TEA1731 TEA1732 TEA1733 TEA1738
Повышенная эффективность при малой нагрузке Есть - - Есть
Защита от перенапряжения по выводу VCC Есть Есть - Есть
Регулируемая защита от перенапряжения (OVP) по выводу PROTECT Есть Есть Есть
Точная и регулируемая защита от перенапряжения по выводу ISENSE - Есть - -
Таймер допустимой перегрузки по мощности (OPP) Фиксированный Фиксированный Регулируемый Регулируемый
Увеличение частоты переключения при пиковой мощности Есть Есть Есть
Защита от понижения входного напряжения - Есть Есть Есть
Корпус TSOP6 SO8

Производство контроллеров в распространенных и недорогих корпусах TSOP6 или SO8 позволяет строить на их базе компактные и недорогие решения, сочетающие в себе все необходимые потребителю защиты. Контроллеры TEA1732 и TEA1733 выпускаются в трех вариантах исполнения, предусматривающих различные варианты комбинации и способы реализации защит. Возможны варианты, когда при срабатывании защиты внутренняя схема производит безопасный перезапуск контроллера, либо останавливает его работу – в таком варианте для сброса защиты необходимо уменьшить напряжение питания контроллера до уровня ниже порогового или отключить питание. Варианты комбинаций защит и способы их реализации можно рассмотреть на примере TEA1732TS/LTS/CTS в таблице 5.

Таблица 5. Защитные функции TEA1732TS/LTS/CTS.

Защита TEA1732TS TEA1732LTS TEA1732CTS
Защита от перегрузки по мощности (OPP) Перезапуск Блокировка работы Перезапуск
Защита от защелкивания (UVLO) Перезапуск Блокировка работы Перезапуск
Защита от понижения входного напряжения Перезапуск Перезапуск Перезапуск
Защита от максимального коэффициента заполнения Перезапуск Перезапуск Перезапуск
Защита от перенапряжения (OVP) Блокировка работы Блокировка работы Перезапуск
Внешняя защита от перегрева (OTP) Блокировка работы Блокировка работы Перезапуск
Внутренняя защита от перегрева (OTP) Блокировка работы Блокировка работы Блокировка работы
Защита от перегрузки по току (OCP) Непрерывная циклическая Непрерывная циклическая Непрерывная циклическая

Схожим образом следует различать варианты исполнения TEA1731LTS и TEA1731LS, TEA1738LT и TEA1738T.

Разработанный как прямая замена по выводам для TEA1733, контроллер TEA1738 обладает всеми теми же ценовыми и конструктивными преимуществами, но при этом способен работать с большей эффективностью (рис. 2). В ТЕА1738 используется более низкая частота переключения при средних и низких нагрузках. Высокая частота переключения используется только в состоянии перегрузки по мощности для обеспечения временного увеличения выходной мощности до срабатывания защиты. Крутизна уменьшения частоты (при работе в режиме управления генератора частоты напряжением) изменена для предотвращения появления слышимого шума и достижения меньшей потребляемой мощности в режиме ожидания. Исключение функции защиты по превышению напряжения на выводе VINSENSE позволило уменьшить время сброса после состояния перенапряжения. Увеличение максимального коэффициент заполнения позволяет сохранить работоспособность при больших провалах сетевого напряжения. По выводу напряжения питания контроллера добавлена защита от перенапряжения, улучшающая точность срабатывания встроенной защиты.

Рис. 2. Общая принципиальная схема типового источника питания на TEA1738

Принцип работы TEA1738(L)T представлен на блок-диаграмме (рис. 3). В TEA1738LT сигнал перегрузки переводит контроллер в выключенное состояние, в TEA1738T этот сигнал запускает таймер перезапуска.

Рис. 3. Структурная схема TEA1738(L)T

В версии исполнения с индексом «L», обладающей защитой с блокировкой работы контроллера, применена новая технология предотвращения ложного срабатывания защиты от перегрузки по мощности и сброса сработавшей зафиксированной защиты из-за преждевременного уменьшения напряжения питания контроллера до уровня срабатывания защиты от защелкивания.

Контроллеры в одинаковых корпусных исполнениях по выводам взаимозаменяемы, но корректность работы в совокупности с реализованными защитами и режимами работы, уровнями электромагнитных помех, все же может быть оценена только в условиях, заданных потребителем под его задачи. Гибкость возможностей контроллеров TEA173x позволяет строить на их основе качественные приложения: адаптеры питания ноутбуков, нетбуков, планшетных компьютеров и принтеров, источники питания для ЖК-мониторов, телевизионных приставок, медиапроигрывателей и иные источники питания мощностью до 75 Вт, в которых требуется высокая эффективность при невысокой стоимости.

TEA183x

Контроллеры TEA183x, так же как и TEA173x, предназначены для построения импульсных преобразователей напряжения мощностью до 75 Вт, но представляют следующее поколение контроллеров семейства GreenChipTM, развивая достоинства.

Контроллеры TEA1832/33 способны работать с фиксированной частотой переключения 65 кГц, как в режиме непрерывной проводимости, так и в режиме прерывистой проводимости. Расширен режим допустимой перегрузки по мощностью с возможностью выдачи в нагрузку пиковой мощности, составляющей до 200% от номинальной. Высокой эффективности способствует функция уменьшения частоты с фиксацией минимального пикового тока, что также влияет на низкий уровень выходных пульсаций при малой потребляемой мощности в нагрузке. В режиме непрерывной проводимости наряду с существующей компенсацией наклона при работе на пиковых мощностях поддерживается увеличение пикового тока в 1,4 раза и частоты переключения в 2 раза до 130 кГц. Мощность потребления без нагрузки снижена до 55 мВт. Контроллеры также обладают встроенной схемой мягкого запуска и всеми необходимыми защитами при возможности работать в диапазоне питающих напряжений от 10,5 до 36 В. В контроллерах дополнительно реализована защита от короткого замыкания выхода для предотвращения насыщения трансформатора при больших токах вовремя запуска, перегрузках и коротких замыканиях.

Рис. 4. Общая принципиальная схема типового источника питания на TEA183x

В отличие от TEA1733 и TEA1738, TEA1832/33 выпускаются в более компактном и более дешевом корпусе TSOP6. У них исключен вывод VINSENSE – его функция объединена по выводу PROTECT с внешней защитой от перегрева (рис. 4) . Таймер функционально был интегрирован без необходимости применения внешних компонентов. Изменен фильтр срабатывания защиты с блокировкой работы – теперь для срабатывания защиты необходимо действие события на протяжении минимум четырех последовательных циклов переключения или измерения (для внешней защиты от перегрева), а низкочастотный фильтр снижает возможное паразитное действие высокочастотных сигналов, например от мобильного телефона. Защита от максимального коэффициента заполнения срабатывает безопасным перезапуском контроллера после восьми циклов, в которых коэффициент заполнения превышает установленный предельно допустимый 90%. Безопасным перезапуском реализована и защита от понижения входного напряжения. Путем блокировки работы контроллера реализованы все остальные защиты: защита от перенапряжения по напряжению питания, внешняя защита от перенапряжения, защиты от перегрева (внутренняя и внешняя). Защиты от короткого замыкания выхода (OSCP) и защита от перегрузки по току работают непрерывно циклически.

В контроллер введен пакетный режим работы, обеспечивающий поддержание работы при пониженном напряжении питания ниже порогового, но выше уровня срабатывания защиты UVLO, для предотвращения перезапуска при слишком длительном закрытии ключа, что позволяет использовать в цепи питания контроллера конденсатор меньшей емкости и высокоомный резистор запуска.

В версиях TEA1832TS и TEA1833TS защита от перегрузки по мощности выполнена с мягким перезапуском, при срабатывания защиты от короткого замыкания выхода длительность ожидания таймера допустимой перегрузки сокращается с 27,5 до 14,7 мс. В версиях TEA1832LTS и TEA1833LTS эта защита реализована блокировкой работы с фиксированным таймером 160 мс.

Защита от защелкивания при понижении напряжения питания и управления в TEA1832LTS и TEA1833LTS выполнена с блокировкой работы, что при коротком замыкании гарантирует блокировку работы ранее срабатывания защиты от перегрузки по мощности (таблица 6).

Таблица 6. Реализация защит в TEA183x

TEA1832TS TEA1832LTS TEA1833TS TEA1833LTS
Защита от перегрузки по мощности (OPP) Мягкий перезапуск Блокировка работы Мягкий перезапуск Блокировка работы
Таймер допустимой перегрузки по мощности 27,5 мс (14,7 при OSCP) 160 мс 27,5 мс (14,7 при OSCP) 160 мс
Защита от защелкивания (UVLO) Перезапуск Блокировка работы Перезапуск Блокировка работы

Контроллер TEA1833 от TEA1832 отличают большая эффективность при нагрузке менее 25% благодаря уменьшению частоты переключения до 25 кГц, улучшенная компенсация наклона, ограничение максимальной частоты переключения при высоком сетевом напряжении. При низкой мощности пиковый ток не уменьшается ниже 22% от максимального значения для обеспечения уверенной работы, при этом уменьшается частота переключения для уменьшения мощности. Несмотря на то, что частота переключения входит в диапазон слышимых частот, слышимый шум отсутствует из-за малого пикового тока.

Рис. 5. Зависимость частоты переключения TEA1833 от управляющего напряжения и мощности нагрузки

Решения GreenChipTM для квазирезонансных обратноходовых преобразователей ac/dc

TEA183x (TEA1836x)

Контроллеры TEA1836x, предназначены для построения квазирезонансных обратноходовых преобразователей мощностью до 75 Вт, от которых требуется расширенные пиковые нагрузочные возможности для питания мощных нагрузок без применения в схеме корректора коэффициента мощности (рис. 6). Они обладают высокой эффективностью на всех уровнях мощностей и очень малым энергопотреблением без нагрузки с поддержанием номинального выходного напряжения при работе в пакетном режиме.

Производство в соответствии с высоковольтным процессом КНИ предоставляет преимущества низковольтного процесса, такие как точность, скорость срабатывания защит, реализуемые функции работы и управление, одновременно с высоковольтными возможностями: высоковольтный запуск, малое энергопотребление в режиме ожидания, интегрированная функция разряда X-конденсатора.

Рис. 6. Общая принципиальная схема типового источника питания на TEA1836x

На высоком уровне мощности работа осуществляется в квазирезонансном режиме (рис. 7). На меньших мощностях контроллер работает в режиме прерывистой проводимости или в режиме уменьшения частоты с ограничением пикового тока до 25% от максимального значения. Во всех режимах переключение происходит в долине, максимально снижая потери на переключение.

Рис.7. Режимы работы обратноходового преобразователя на TEA1836x

На малых уровнях мощности, контроллер переходит в пакетный режим, который улучшен, что позволило уменьшить ток оптрона до минимального уровня, повысив при этом эффективность на малых мощностях и уменьшив мощность потребления без нагрузки. Так как в этом режиме частота переключения не опускается ниже 25 кГц, а частота повтора пакетов около 800 Гц с количеством импульсов в пакете от 3 до 40, то слышимые аудиошумы отсутствуют. В фазе простоя в пакетном режиме минимизировано внутреннее потребление для достижения еще большей эффективности.

Конструктивно контроллеры TEA1836x выпускаются в корпусах: TEA18361(L)T – в SO14, TEA18362(L)T и TEA18363(L)T – в SO8.

Функциональные возможности TEA18361(L)T и TEA18362(L)T аналогичны. В TEA18361(L)T незадействованные выводы не используются, при этом за счет более крупного корпуса разнесены друг от друга вывод высоковольтного питания HV и вывод внешнего управления защитой PROTECT. В ТЕА18363(L)T вывод PROTECT исключен для применения контроллера в тех решениях, где реализуемые с его помощью внешние защиты излишни, и нет необходимости во внешней защите от перегрева.

В контроллерах реализованы все защиты для обеспечения бесперебойной и безопасной работы, в версиях с индексом «L» защиты от перегрузки по мощности и от защелкивания при пониженном напряжении питания и управления реализованы блокировкой работы контроллера.

Практическим примером реализации возможностей TEA1836 является адаптер CoolCube с выходной мощностью 45 Вт, построенный на TEA18362LT и контроллере синхронного выпрямителя TEA1892TS.

По габаритам адаптер питания соизмерим с современным телефонным зарядным устройством. Потребляемая мощность без нагрузки в режиме ожидания около 23 мВт при входном напряжении 230 В с поддержкой номинального значения выходного напряжения. Источник питания работает во всем диапазоне изменения мощности нагрузки, обеспечивая при этом высокую эффективность (рис 8.)

Рис. 8. Эффективность адаптера CoolCube

TEA175x

TEA175x является третьим поколением интегральных схем GreenChipTM III. Объединяя в себе контроллер корректора коэффициента мощности (ККМ) и контроллер обратноходового преобразователя, являются многокристальными интегральными схемами. Схема связи между обоими контроллерами в модуле полностью интегрирована, контроллеры используют независимые частоты переключения, задаваемые независимыми генераторами. Контроль выходной мощности ККМ для простоты осуществляется по времени, что позволило отказаться от учета фазы сетевого напряжения. Выходная мощность обратноходового преобразователя напряжения контролируется по току, что обеспечивает хорошее подавление пульсаций входного напряжения. Контроллеры обладают всеми достоинствами, присущими высоковольтному процессу BCD800 и низковольтному КНИ. Оптимальны для построения импульсных преобразователей напряжения мощностью от 75 до 250 Вт. Высокая степень интеграции позволяет разрабатывать недорогие источники питания с очень небольшим количеством внешних элементов, а широкий диапазон сетевого напряжения от 70 до 276 В переменного тока делает эти источники питания универсальными по отношению к входному напряжению. Специальные заложенные в контроллеры энергосберегающие функции обеспечивают высокую эффективность на всех уровнях мощностей. Выпускаются контроллеры в недорогом корпусе SO16.

Рис. 9. Режимы работы контроллера обратноходового преобразователя TEA1755

На высоком уровне мощности работа осуществляется в квазирезонансном режиме и режиме прерывистой проводимости с обнаружением долины (рис. 9). На среднем уровне мощности контроллер переключается в режим уменьшения частоты с ограничением пикового тока на заданном уровне. На малых уровнях мощности контроллер ККМ переходит в пакетный режим управления (TEA1750) или отключается для сохранения высокой эффективности преобразователя, при этом снижению слышимого шума способствует реализованные функции мягкого запуска и мягкой остановки. В TEA1755 на малых мощностях, когда частота переключения уменьшается до 25 кГц, реализован пакетный режим работы. Во всех режимах переключение происходит в долине, минимизируя потери на переключение, с возможностью пропуска долины для поддержания заданной частоты переключения.

В контроллерах мягкий запуск/перезапуск реализован для обеих схем: контроллера ККМ и контроллера обратноходового ИИП. Бесперебойную и надежную работу контроллеров обеспечивают все необходимые защиты, в том числе и с быстрой блокировкой работы. Контроллеры выпускаются с разными частотами переключения (TEA1750T, TEA1751(L)T – 125 кГц, TEA1752(L)T, TEA1753(L)T – 250 кГц, TEA1755(L)T – 139 кГц), при этом в TEA1751-TEA1755 контроллер ККМ выполнен как двойной повышающий преобразователь, с двумя уровням выходного напряжения, которые зависят от диапазона входного сетевого напряжения. В «L» контроллера защита от перегрузки по мощности выполнена с блокировкой работы.

Эффективность решений, построенных на TEA1755 можно оценить на примере демонстрационной платы источника питания мощностью 90 Вт TEA1755DB1100, где совместно с TEA1755T применены контроллер синхронного выпрямителя TEA1792TS и контроллер режима ожидания TEA1703TS. Как видно, на практике источники питания, построенные на TEA1755, в полной степени удовлетворяют стандарту ENERGY STAR 2.0 со значительным превосходством (таблица 7).

Таблица 7. Результаты оценки эффективности демоплаты TEA1755DB1100

Условия Требование к эффективности ENERGY STAR 2.0, % Среднее значение Нагрузка 100% Нагрузка 75% Нагрузка 50% Нагрузка 25% Нагрузка 500 мВт Нагрузка 250 мВт Нагрузка 100 мВт
90 В / 60 Гц >87 90,5 89,87 90,74 90,79 90,63 81,41 72,99 54,61
100 В / 50 Гц >87 90,9 90,41 91,14 91,11 90,94 81,49 72,88 54,13
115 В / 60 Гц >87 91,4 90,98 91,60 91,47 91,53 81,29 72,41 53,34
230 В / 50 Гц >87 91,1 91,72 91,37 90,01 91,53 77,11 66,12 45,27
264 В / 50 Гц >87 91,0 91,92 91,53 89,96 90,76 75,27 63,71 42,78

Решения GreenChipTM для резонансных преобразователей ac/dc

TEA171x (TEA1713, TEA1716)

Текущий рынок требует высококачественных, надежных, компактных, легких и эффективных источников питания.

Преобразователи с ШИМ, такие как обратноходовые, повышающие и понижающие преобразователи, широко используются в приложениях с малыми и средними мощностями. Недостатком этих преобразователей является то, что прямоугольная форма импульсов напряжения и тока обуславливает появление потерь на включение и выключение, что ограничивают рабочую частоту. Прямоугольная форма импульсов также служит причиной излучения широкополосной электромагнитной энергии, что может вызывать электромагнитные помехи.

Резонансный преобразователь постоянного тока работает с сигналами синусоидальной формы, что уменьшает потери переключения и позволяет работать на более высоких частотах. Возможность работать в пакетном режиме при низких нагрузках обеспечивает высокую эффективность в соответствии с современными экологическими требованиями.

Резонансные преобразователи способны обеспечить высокую мощность, высокую эффективность, электромагнитную совместимость, компактность решения.

Рис. 10. Конфигурация резонансного преобразователя на TEA171x

Контроллеры TEA171x являются комбинированными устройствами, сочетающими в себе контроллер корректора коэффициента мощности и контроллер резонансного полумостового преобразователя (рис. 10), предназначенными для построения ультраэффектиыных источников питания мощностью от 90 до 500 Вт с минимальным количеством внешних элементов. Они представляют собой многокристальную интегральную схему, состоящую из нескольких частей, управляющую одним внешними дискретным MOSFET в повышающем преобразователе корректора коэффициента мощности и двумя MOSFET в резонансной полумостовой конфигурации. Использованный запатентованный высоковольтный производственный процесс BCD (Bipolar-CMOS-DMOS) Powerlogic позволяет эффективно осуществлять питание запуска непосредственно от выпрямленного сетевого напряжения. Второй низковольтный кристалл, выполненный по технологии КНИ, исполняет функции высокоскоростной защиты и управления. Выпускаются контроллеры TEA1713T и TEA1716T в корпусе SO24.

Резонансный контроллер представляет собой высоковольтный контроллер резонансного LLC-преобразователя с переключением при нулевом напряжении. Он содержит в себя высоковольтную схему смещения уровня и имеет несколько защитных функций: защита от перегрузки по току, защита от открытой цепи, адаптивные защиты от сквозного и емкостного режима, универсальный вход защиты блокировкой работы.

Высокая эффективность работы ККМ достигнута за счет реализации функции работы в квазирезонансном режиме на больших уровнях мощности с пропуском долины на меньших мощностях. Функции защиты перегрузки по току, защиты от перенапряжения и определения состояние размагничивания гарантируют безопасность работы во всех состояниях.

При малых мощностях нагрузки потребляемая мощность снижается благодаря полностью интегрированному пакетному режиму работы ККМ и полумостового преобразователя. Еще большее энергосбережение достигается за счет его реализации в режиме ожидания.

Применение TEA171x позволяет очень гибко подходить к построению источников питания с высокими степенями интеграции и функциональности, сочетающих в себе схему коррекции коэффициента мощности и резонансный контроллер, допуская очень широкий диапазон приложений применительно к сетевому напряжению (от 70 до 276 В постоянного тока).

В TEA1716 уменьшено энергопотребление при работе в пакетном режиме, усовершенствован режим питания в периоды между пакетами, когда соответствующая схема отключается. Благодаря применению современных решений TEA1716 соответствует требованиям директивы EuP Lot 6, имеет энергопотребление в режиме ожидания менее 0,5 Вт при мощности в нагрузке 0,25 Вт.

Оценить возможные реализуемые решения на TEA1716 и их высочайшую эффективность (рис. 11) можно на примере демонстрационной платы TEA1716DB1255, представляющей решение адаптера питания ноутбука мощностью 90 Вт.

Рис. 11. Зависимость эффективности TEA1716DB1255 от мощности нагрузки

Решения GreenChipTM для синхронных выпрямителей

Чтобы смягчить возрастающие требования к качеству и количеству питания и сделать доступными недорогие решения, требуются все более эффективные источники питания, сохраняющие доступность и невысокую стоимость. Высокоинтегрированные устройства GreenChipTM позволяют разрабатывать компактные решения и, являясь «интеллектуальными» устройствами, обеспечивают оптимальную эффективность на всех уровнях мощности.

Современные синхронные выпрямители (таблица 8)), имея малый форм-фактор, способны оперативно обнаруживать и реагировать на уменьшение выходного напряжения при переключениях в нагрузке, совмещая отличные переходные характеристики со встроенной функцией ограничения выходного напряжения. Уровень выходного напряжения драйвера 10 В позволяет управлять практически любыми MOSFET-транзисторами с самыми низкими значениями сопротивления открытого канала. При этом контроллеры способны работать в широком диапазоне рабочих напряжений от единиц до десятков вольт.

Таблица 8. Основные характеристики контроллеров синхронных выпрямителей

Контроллер Корпус Управление обратной связью Минимальное время работы, мкс Время задержки включения, нс Напряжение включения драйвера, мВ Регулируемое драйвером напряжение, мВ Напряжение отключения драйвера, мВ
TEA1761T SO8 Есть 2 125 -310 -55 -12
TEA1762T SO14 Есть 2 125 -310 -55 -12
TEA1791AT SO8 - 0,93 125 -310 -55 -12
TEA1791T SO8 - 2 125 -310 -55 -12
TEA1792AT SO8 - 0,8 75 -220 -42 -12
TEA1792ATS TSOP6 - 0,8 75 -220 -42 -12
TEA1792T SO8 - 1,8 75 -220 -42 -12
TEA1792TS TSOP6 - 1,8 75 -220 -42 -12
TEA1795T SO8 - 0,52 100 -220 -25 -12
TEA1892ATS TSOP6 - 0,8 75 -220 -42 -12
TEA1892TS TSOP6 - 1,5 75 -220 -42 -12
TEA1892TS TSOP6 - 1,5 75 -220 -42 -12
TEA1995T SO8 - - 80 -400 -55 150

Контроллеры TЕА1761 и TEA1762, комбинируя в себе контроллер синхронного выпрямления и схему управления обратной связью с первичным контуром, предназначены для работы во вторичном контуре квазирезонансных и работающих в прерывистом режиме обратноходовых преобразователях. Способны работать в широком диапазоне напряжений питания от 8,6 до 38 В, и в широком диапазоне напряжений от 3,5 до 38 В управлять оптроном обратной связи. Кроме схемы управления MOSFET синхронного выпрямителя, контроллер содержит источник опорного напряжения 2,5 В с точностью 1%, схему измерения выходных напряжения и тока и схему управления обратной связью. Также в контроллере есть защиты от перегрева и пониженного напряжения. В TEA1762 дополнительно присутствует вход управления защитой общего назначения.

Контроллеры TEA1791, ТЕА1992, обеспечивая высокую стабильность синхронного выпрямления, способны работать в диапазоне напряжений от 8,5 до 38 В. Оптимальным является MOSET-транзистор с сопротивлением канала в открытом состоянии более 10 мОм. Высокий уровень интеграции, результатом чего является возможность применения минимального числа внешних компонентов. В контроллерах есть встроенная защита от пониженного напряжения. В контроллерах TEA1792 реализована возможность задавать уровень регулируемого драйвером напряжения.

Контроллеры ТЕА1795 предназначен для управления синхронным выпрямителем во вторичном контуре резонансного преобразователя, для чего он имеет два независимых друг от друга каскада управления внешними MOSFET-транзисторами с независимым измерением.

Рис. 1 2. Сравнение эффективности TEA1792 и TEA1892.

Контроллеры TEA1892 также предназначены для управления синхронным выпрямителем в квазирезонансных и работающих в прерывистом режиме обратноходовых преобразователях. Уровень выходного напряжения 10 В позволяет управлять практически любыми MOSFET-транзисторами с самыми низкими значениями сопротивления открытого канала, в том числе менее 10 мОм, за счет чего в сравнении с TEA1792 эффективность улучшается на 1–2% в приложении 90 Вт адаптера для ноутбука (рис. 12). Реализована возможность задавать уровень регулируемого драйвером напряжения. TEA1892TS способен уверенно работать при частоте переключения до 250 кГц. Для TEA1892ATS максимальная частота переключения ограничена значением не менее 400 кГц, что дополнительно позволяет его уверенно применять в синхронных выпрямителях резонансных преобразователей при частотах переключения выше 250 кГц.

TEA1995

TEA1995T является интегральной схемой контроллера синхронного выпрямителя импульсного источника питания, обеспечивающей максимальную эффективность при любых нагрузках, потребляя ток в режиме энергосбережения без нагрузки менее 200 мкА. Контроллер способен работать в широком диапазоне напряжений питания от 4,5 до 38 В, поддерживает частоты переключения до 500 кГц. Интегральная схема производится по технологическому процессу КНИ, имеет корпус SO8.

Для синхронного выпрямления напряжения на вторичной обмотке трансформатора TEA1995T может управлять двумя внешними MOSFET-транзисторами, в том числе и с логическим уровнем управления, имея для этого два каскада управления. Каждый управляющий каскад имеет свой вход измерения, оба каскада управления работают независимо друг от друга. В контроллере реализованы функции управления, позволяющие работать ему без ограничения минимального времени. Адаптивное управление затвором MOSFET-транзистора позволяет производить его быстрое закрытие по окончании проводимости. Реализована активная защита от защелкивания.

TEA1995T изначально предназначен для применения во вторичном контуре резонансных источников питания, но может быть применен и во вторичном контуре обратноходового преобразователя с несколькими выходами с включением MOSFET в нижнем плече.

Контроллер дежурного режима tea1703

TEA1703 представляет собой маломощную интегральную схему контроллера дежурного режима, предназначенную для применения в импульсных источниках питания, в которых требуется максимально снизить потребляемую мощность без нагрузки в дежурном режиме.

Рис. 13. Структурная схема TEA1703

Информация о работе в дежурном режиме получается путем измерения выходного напряжения и выходной мощности импульсного источника питания. Принцип измерения выходной мощности основан на том, что при малой нагрузке выходная мощность возрастает с увеличением частоты, например в прерывистом режиме работы обратноходового преобразователя при ограничении пикового тока первичного контура вовремя работы с низкой нагрузкой. Результаты измерений обрабатываются соответствующими компараторами (рис. 13) . Встроенная логика работы схемы обнаружения переключения в дежурный режим позволяет блокировать ее срабатывание, например при срабатывании в контроллере обратноходового преобразователя защиты блокировкой работы. При наличии на входах VSENSE, PSENSE и SWDET корректных уровней напряжения встроенный генератор импульсами с частотой 28 кГц на 1,4 мкс (коэффициент заполнения 4%) открывает МОП-транзистор драйвера управления внешним оптроном, что приводит к открытию оптрона, подключаемого к выводу OPTO через индуктивность, и отключению контроллера первичного контура. Интегрированный в TEA1703 драйвер управления оптроном в ключевом режиме способен управлять оптроном большим пиковым током с сохранением собственного низкого энергопотребления. Применение TEA1703 позволяет снизить мощность потребления импульсного источника питания в дежурном режиме до 30 мВт и менее. Контроллер TEA1703 способен работать от напряжения питания в диапазоне от 5 до 30 В, потребляя при этом ток всего 30 мкА. Контроллер производится в двух вариантах корпусов: TEA1703T – SO8, TEA1703TS – TSOP6, – оба являются недорогими и позволяют разрабатывать компактные и эффективные решения.

Решение GreenChipTM для разрядки x-конденсатора tea1708

TEA1708 представляет из себя интегральную схему автоматической разрядки X-конденсатора, обладающую низким энергопотреблением на уровне 1 мВт в сети 230 В переменного тока.

Рис. 14. Принципиальная схема типового применения TEA1708

Встроенная схема ограничения напряжения 500 В (рис. 14) предохраняет от повреждения скачками сетевого напряжения. При использовании типичной схемы применения с двумя резисторами сопротивлением по 200 кОм допускается дифференциальная разница скачков сетевого напряжения до 6 кВ, исключая необходимость применения металоксидного варистора. Ток разрядки конденсатора внутренне ограничен 2,3 мА. Таймер задержки разрядки устанавливается внешним низковольтным конденсатором. Очень малое энергопотребление в комбинации с большим током разрядки позволяют для уменьшения электромагнитных помех использовать X-конденсаторы больших емкостей с сохранением малого энергопотребления в дежурном режиме.

Рис. 15. Функциональное поведение TEA1708

TEA1708 имеет таймер и схему определения перехода через ноль сетевого напряжения. При включении сетевого напряжения (рис. 15), конденсатор таймера заряжается в периоды между прохождением сетевым напряжением нуля и разряжается, когда сетевое напряжение переходит через ноль. Когда переменное сетевое напряжение отключается, и на X-конденсаторе остается высокое напряжение, то на высоковольтных выводах присутствует положительное или отрицательное сетевое напряжение, превышающее пороговое значение напряжения определения перехода через ноль 20 В. Таймер продолжает заряжать внешний времязадающий конденсатор, и при достижении на нем порогового напряжения 1,2 В активируется схема разрядки X-конденсатора током. Уменьшение напряжения, приложенного к высоковольтным выводам, ниже порогового значения напряжения определения перехода через ноль, означает, что конденсатор разряжен, и разрядка останавливается. В процессе разрядки ток разрядки внутренне ограничивается.

Использование резисторов номиналом по 200 кОм для X-конденсатора емкостью менее 1,8 мкФ гарантирует, что конденсатор будет разряжен до напряжения менее 60 В за 2 с. Уменьшение сопротивления резисторов для более быстрой разрядки или при большей емкости X-конденсатора возможно, но это снизит уровень защиты от скачков сетевого напряжения.

TEA1708 позволяет гибко подходить к реализации решений, выпускается TEA1708T при этом в компактном и недорогом корпусе SO8.

Вывод

Постоянно возрастающие требования к уровню энергосбережения и технологически достижимая очень высокая степень интеграции микросхемных решений обуславливают рост спроса и потребления современных контроллеров импульсных источников питания. Продукты NXP из семейства GreenChipTM призваны сделать доступными энергетически более эффективные и интеллектуальные источники питания.

Решая задачу продвижения на рынке, NXP предоставляет полный набор средств и вспомогательных инструментов для разработки и проектирования изделий на основе своих продуктов, что делает их более доступными для потребителя. На информационной странице любого продукта доступны документация, в том числе ознакомительная и техническая, примечания по применению, квалификационные данные, приведена информация о возможности получения бесплатных образцов. Есть информация и по доступным демонстрационным платам, она включает в себя руководство пользователя, иную сопроводительную документацию, сведения о доступных демонстрационных платах, инструменты онлайн проектирования. Демонстрационные платы предлагаются в выверенном форм-факторе и в соответствии требуемой спецификацией целевого устройства в целях упрощения процесса разработки при поддержке онлайн инструментов. На сайте продукта интеллектуальных обратноходовых источников питания GreenChipTM всегда можно получить более подробную и актуальную информацию.

Развивая концепцию всесторонней поддержки своих продуктов, для продвижения продуктов семейства GreenChipTM компания NXP разработала демонстрационные платы под целевые приложения, позволяющие произвести гибкую оценку предложенных решений. Большинство продуктов поддерживаются инструментом для разработки онлайн (таблица 9).

Таблица 9. Перечень демонстрационных плат

Диапазон Сегмент
Компьютеры Компьютерная периферия Игровые приставки Планшетные компьютеры Смартфоны, телефоны Беспроводные зарядные устройства Дисплеи Потребительские товары Домашние приборы Промышленность Медицина Общего назначения
Приложения Компьютерные источники питания
Моноблоки
Ноутбуки
Нетбуки
Ультрабуки
Трансформируемые ноутбуки
Принтеры
Кабельные модемы
Роутеры и маршрутизаторы
Портативные игровые консоли
Проводные игровые консоли
Планшетные компьютеры
Электронные книги
Смартфоны
Мобильные телефоны
Беспроводные телефоны
Беспроводные зарядные устройства Телевизоры с плоским экраном
Мониторы с ЖК экраном
Телевизионные приставки
Цифровое радио
Портативные медиапроигрыватели
Портативные DVD-проигрыватели
Цифровые фото- и видеокамеры
Беспроводные наушники
Ручные пылесосы
Роботизированные пылесосы
Крупная бытовая техника
Измерительные устройства
Мелкая бытовая техника
IP камеры видеонаблюдения
Беспроводной инструмент
Промышленные адаптеры питания/зарядные устройства PoE
IP мониторы наблюдения
Медицинские адаптеры питания/зарядные устройства PoE
Личная гигиена
Уличное освещение
Вспомогательные источники питания базовых станций
Вспомогательные источники питания телекоммуникационного оборудования
Прочее
<15 Вт TEA1721ADB1059 (*)
5 Вт/12 В DCM Buck
TEA1721ADB1102 (*)
5 Вт/5 В DCM Flyback
TEA1721ADB1102
5 Вт/5 В DCM Flyback
TEA1721ADB1061
5 Вт/3,3 В и 12 В DCM Flyback
TEA1721ADB1102 (*)
5 Вт/5 В DCM Flyback
TEA1721ADB1059 (*)
5 Вт/12 В DCM Buck
TEA1721ADB1102 (*)
5 Вт/5 В DCM Flyback
TEA1721ADB1059
5 Вт/12 В DCM Buck
TEA1720ADB1132 (*)
10,6 Вт/5 В DCM Flyback
TEA1720ADB1132
10,6 Вт/5 В DCM Flyback
TEA1720ADB1132 (*)
10,6 Вт/5 В DCM Flyback
TEA1721ADB1062
5 Вт/3,3 В, 5 В и 24 В DCM Flyback
TEA1721ADB1061
5 Вт/3,3 В и 12 В DCM Flyback
TEA1721BDB1065
5 Вт/–3,3 В и –12 В DCM Flyback
TEA1720ADB1180
10 Вт/5 В DCM Flyback
TEA1720ADB1180
10 Вт/5 В DCM Flyback
TEA1720ADB1180
10 Вт/5 В DCM Flyback
15–45 Вт TEA1836DB1200
45 Вт/19,5 В QR/DCM Flyback
TEA1836DB1200 (*)
45 Вт/19,5 В QR/DCM Flyback
TEA1836DB1200 (*)
45 Вт/19,5 В QR/DCM Flyback
TEA1836DB1200 (*)
45 Вт/19,5 В QR/DCM Flyback
TEA1832DB1253
45 Вт/19,5 В FF/CCM Flyback
TEA1832DB1253 (*)
45 Вт/19,5 В FF/CCM Flyback
TEA1832DB1253 (*)
45 Вт/19,5 В FF/CCM Flyback
TEA1832DB1253 (*)
45 Вт/19,5 В FF/CCM Flyback
45–75 Вт TEA1836DB1094
65 Вт/19,5 В QR/DCM Flyback
TEA1836DB1094 (*)
65 Вт/19,5 В QR/DCM Flyback
Не применимая область приложений TEA1836DB1094 (*)
65 Вт/19,5 В QR/DCM Flyback
TEA1836DB1094 (*)
65 Вт/19,5 В QR/DCM Flyback
75–120 Вт TEA1755DB1100
90 Вт/19,5 В QR/DCM PFC + QR/DCM Flyback
TEA1755DB1100 (*)
90 Вт/19,5 В QR/DCM PFC + QR/DCM Flyback
Не применимая область приложений TEA1755DB1100 (*)
90 Вт/19,5 В QR/DCM PFC + QR/DCM Flyback
TEA1755DB1100 (*)
90 Вт/19,5 В QR/DCM PFC + QR/DCM Flyback
TEA1716DB1255
90 Вт/19,5 В QR/DCM PFC + LLC
Не применимая область приложений TEA1716DB1255 (*)
90 Вт/19,5 В QR/DCM PFC + LLC
TEA1716DB1255 (*)
90 Вт/19,5 В QR/DCM PFC + LLC
>120 Вт TEA1716DB1266
240 Вт/12 В и 24 В QR/DCM PFC + LLC
TEA1716DB1266
240 Вт/12 В и 24 В QR/DCM PFC + LLC
Не применимая область приложений TEA1716DB1266
240 Вт/12 В и 24 В QR/DCM PFC + LLC
TEA1716DB1255 (*)
90 Вт/19,5 В QR/DCM PFC + LLC
TEA1716DB1258
150 Вт/19,5 В QR/DCM PFC + LLC
TEA1716DB1258
150 Вт/19,5 В QR/DCM PFC + LLC
Не применимая область приложений
Сопутствующая интегральная схема TEA1708DB1168 Активная разрядка X-конденсатора
Сопутствующая интегральная схема TEA1892DB1226 Интегральная схема контроллера синхронного выпрямителя. MOSFET с малым RDSon. Малое выходное напряжение
Сопутствующая интегральная схема TEA1995DB1294, TEA1995DB1295 Двойной синхронный выпрямитель LLC-преобразователя. MOSFET в LFPAK с малым RDSon Малое выходное напряжение

* - предлагаемая плата относительно близко подходит для данного приложения. В руководстве пользователя описаны способы изменения под это приложение.

– доступен инструмент для разработки онлайн

Заявка на получение образцов

Вы можете получить образцы микросхем под разработку ваших устройств.
Для этого заполните ниже форму заявки.

Организация
Название организации
Неверный Ввод
Почтовый адрес
Неверный Ввод
Телефон организации
Неверный Ввод
Контактное лицо
Ф.И.О. (*)
Заполните, пожалуйста, поле
E-mail (*)
Заполните, пожалуйста, поле
Моб.телефон (*)
Заполните, пожалуйста, поле
Дополнительные вопросы
Наберите символы с картинки