AC/DC-преобразователи от STMicroelectronics

Группа компаний Промэлектроника
29.05.2019

В AC/DC-преобразователях компании STMicroelectronics в одном корпусе объединены микросхема ШИМ-контроллера и силовой ключ MOSFET. Наличие встроенного ключа в AC/DC-преобразователе заметно упрощает жизнь разработчику, позволяет сэкономить место на печатной плате и упростить ее топологию. К сожалению, в этом случае приходится вспомнить пресловутую палку о двух концах. Чтобы уменьшить габариты преобразователя, необходимо уменьшить и площадь кристалла встроенного MOSFET, следовательно, увеличивается сопротивления открытого канала RDS(ON).

В результате возрастает падение напряжения на открытом канале при протекании тока, что может создать условия для отпирания внутреннего паразитного биполярного транзистора MOSFET и вызвать его лавинный пробой. Для предотвращения этого явления в STMicroelectronics используют специальную технологию avalanche ruggedness, позволяющую избежать лавинного пробоя MOSFET.

Если требуется уменьшить статические потери в силовом ключе из-за относительно высокого значения сопротивления RDS(ON) и нет жестких ограничений на габариты решения или не устраивают реализуемые преобразователями топологии, можно использовать ШИМ-контроллеры или контроллеры полумостовых резонансных преобразователей, которые также присутствуют в производственной линейке STMicroelectronics. В этом случае выбор внешнего MOSFET и трассировку печатной платы придется делать разработчику.

Однако в данной статье речь пойдет только об AC/DC-преобразователях. Всего в состав производственной линейки компании входят три семейства AC/DC-преобразователей:

  • VIPer;
  • Altair;
  • VIPerPlus.

Все преобразователи являются конструктивно и функционально законченным решением, имеют всю необходимую защиту по напряжению и току. Диапазон максимальных выходных мощностей, охватываемый ими, составляет 4–65 Вт. Такой мощности вполне достаточно для многих электронных систем в разных приложениях. Кроме того, во всех преобразователях имеется токовый контур управления, что позволяет предотвратить насыщение сердечника трансформатора или дросселя и ускорить протекание переходных процессов.

Малые габариты преобразователей, а также их невысокая стоимость, которая в зависимости от условий поставки варьируется в пределах нескольких десятков центов, представляются весомыми аргументами в их пользу.

Поскольку семейство VIPER появилось на свет более 10 лет назад и с тех пор не претерпело изменений, мы ограничимся в его описании перечислением основных параметров, которые указаны в таблице 1. Выходная мощность зависит от типа корпуса и диапазона изменения выходного напряжения. Максимальная выходная мощность достигается при изменении входного напряжения в пределах 195–265 В. При входном напряжении 85–265 В максимальная выходная мощность уменьшается.

Таблица 1. AC/DC-преобразователи семейства VIPer

Параметр

12A-E

VIPER22 A-E,

VIPER22ADIP-E,

VIPER22AS-E

VIPER53-E,

VIPER53E-E

Напряжение силового ключа (макс.), В

730

730

620

Ток силового MOSFET (макс.), А

0,4

0,7

2

Сопротивление RDS(ON) открытого канала MOSFET, Ом

30

17

1

Выходная мощность, Вт

5/8/13

7/12/20

30/40/50/65

Рабочая частота, кГц

60

60

300

Корпус

DIP-8, SO-8

DIP-8, SO-8

DIP-8, PowerSO-10

Затем в производственной линейке STMicroelectronics появилось семейство Altair. В его состав вошли две микросхемы – ALTAIR04-900 и ALTAIR05T-800 с максимально допустимым напряжением 900 и 800 В и максимальным током 0,7 и 0,65 А, соответственно. Они были созданы для работы в квазирезонансном режиме, с отпиранием силового MOSFET при нулевом напряжении (ZVS) и регулированием по первичной стороне (PSR). Обе микросхемы выпускаются в корпусе SO16.

На смену семейству VIPER пришли микросхемы VIPerPlus, о которых мы расскажем немного подробнее. В состав семейства VIPerPlus входят следующие серии:

  • VIPerPlus0P;
  • VIPerPlus серии 1;
  • VIPerPlus серии 5;
  • VIPerPlus серии 6;
  • VIPerPlus серии 7;
  • VIPerPlus серии 8.

Каждая серия состоит из одной–трех микросхем (см. табл. 2). В ней же приведены основные параметры преобразователей. Максимальное напряжение всех силовых MOSFET семейства VIPerPlus составляет 800 В. Преобразователи могут регулироваться только по вторичной стороне (SSR) или и по первичной PSR, и по вторичной сторонам SSR.

Таблица 2. AC/DC-преобразователи семейства VIPerPlus

Параметр

VIPerPlus0P

VIPerPlus серии 1

VIPerPlus серии 5

VIPerPlus серии 6

VIPerPlus серии 7

VIPerPlus серии 8

VIPer0P

VIPerPlus 01

VIPerPlus 11

VIPerPlus 25

VIPerPlus 35

VIPerPlus 06

VIPerPlus 16

VIPerPlus 26

VIPerPlus 17

VIPerPlus 27

VIPerPlus 37

VIPerPlus 28

VIPerPlus 38

Ток силового MOSFET (макс.), мА

200/300/400/600

100/120/360

200/300/400/600

350/700/800

600/1000

100/120/360

200/400

350/700/800

200/400

350/700/800

600/1000

350/700/800

600/1000

Сопротивление RDS(ON) открытого канала MOSFET, Ом

20

30

20

7

4.5

30

24

7

24

7

4.5

7

4.5

Выходная мощность, Вт

7

4

7

12

15

4

6

12

6

12

15

12

15

Рабочая частота, кГц

30, 60, или 115/120

30, 60, или 115/120

30, 60, или 115/120

Квазирезонансная топология

Квазирезонансная топология

30, 60, или 115/120

30, 60, или 115/120

30, 60, или 115/120

30, 60, или 115/120

30, 60, или 115/120

30, 60, или 115/120

30, 60, или 115/120

30, 60, или 115/120

Способ регулирования

PSR, SSR*

PSR, SSR

PSR, SSR

SSR

SSR

PSR, SSR

PSR, SSR

PSR, SSR

SSSR

SSSR

SSSR

SSSR

SSSR

Корпус

SSOP 10

PDIP 7, SO-16

* PSR – регулирование по первичной стороне обратноходового преобразователя. SSR – регулирование по вторичной стороне обратноходового преобразователя.

Преобразователи серий VIPerPlus0P, VIPerPlus серии 1 и VIPerPlus серии 6 помимо стандартной изолированной обратноходовой топологии могут работать и в качестве неизолированного обратноходового преобразователя, когда обратная связь по напряжению поступает в преобразователь напрямую, без гальванической развязки. Кроме того, на их основе можно создать повышающий, понижающий или повышающе-понижающий несинхронный преобразователь; при этом в нижнем плече вместо силового MOSFET используется диод.

Все перечисленные выше топологии хорошо известны, а в документации производителя приведены рекомендуемые варианты схем использования преобразователей для разных топологий. Мы не будем дублировать их в настоящей статье, но кратко рассмотрим особенности каждой серии семейства VIPerPlus.

Во всех сериях преобразователей кроме VIPerPlus серии 5, использующей квазирезонансную топологию, применяется технология «джиттера частоты». Суть ее в том, что частота коммутации во время работы «плавает» на несколько процентов вокруг центрального значения. Например, в одной из модификации преобразователя VIPer38 центральная рабочая частота составляет 60 кГц, а в другой модификации – 120 кГц. При этом в первом случае частота колеблется вокруг центрального значения в пределах ±4 кГц, а во втором – в пределах ±8 кГц.

Такое колебание частоты «размазывает» спектр электромагнитных помех и уменьшает пиковое и среднее значение электромагнитных помех. Примерно по такому же принципу построена технология расширения спектра (spread spectrum), но в ней колебания частоты значительно больше, из-за чего могут возникнуть проблемы при выборе ЭМП-фильтра и сглаживающего фильтра на выходе преобразователя. В случае небольшого колебания частоты, как это происходит в VIPerPlus, такие проблемы не возникают.

Конечно, из-за меньшего колебания рабочей частоты в VIPerPlus генерируемые помехи ослабляются в меньшей степени. Однако, учитывая компактный монтаж, при котором ШИМ-контроллер и силовой ключ находятся в одном корпусе, а также относительно небольшую мощность преобразователей, расширение спектра было бы избыточным. К тому же, усложнилась бы задача по выбору фильтра.

Серия VIPerPlus0P характеризуется режимом нулевого потребления ZPM. В нем отсутствует коммутация силового ключа, и отключается питание от значительной части внутренней схемы, что позволяет снизить ток собственного потребления до 20 мкА. Включение/выключение режима ZPM происходит по внешнему сигналу. На рисунке 1 показана схема включения преобразователя VIPerPlus0P в конфигурации изолированного обратноходового преобразователя с регулированием PSR по первичной стороне.

 

 

Рисунок 1. Схема включения преобразователя VIPerPlus0P в конфигурации изолированного обратноходового преобразователя с регулированием PSR по первичной стороне

Широкий диапазон питания 4,5–30 В серии VIPerPlus1, как и у серии VIPerPlus0P, позволяет использовать для питания преобразователей либо вспомогательную, третью, обмотку обратноходового трансформатора, либо внешний низковольтный источник. На рисунке 2 показана схема включения преобразователя VIPer11 в конфигурации повышающее-понижающего неизолированного преобразователя с отрицательным выходным напряжением.

Рисунок 2. Схема включения преобразователя VIPer11 в конфигурации повышающее-понижающего неизолированного преобразователя с отрицательным выходным напряжением

Квазирезонансная обратноходовая топология серии VIPerPlus5 позволяет уменьшить коммутационные потери в силовом ключе и упростить ЭМП-фильтр. Детектирование нулевого значения тока первичной обмотки происходит по напряжению вспомогательной обмотки трансформатора которое поступает на внешний вывод преобразователя через резисторный делитель напряжения. Схема включения преобразователя в описанной конфигурации показана на рисунке 3.

 

Рисунок 3. Схема включения квазирезонансного преобразователя VIPer35

Компоненты серии VIPerPlus6 при работе по схеме изолированного обратноходового преобразователя могут использовать оптопару для обратной связи. В этом случае не требуется третья вспомогательная обмотка трансформатора. На рисунке 4 в качестве примера показана изолированная топология с использованием оптопары для обратной связи.

 

Рисунок 4. Изолированная топология на базе преобразователя VIPer26с использованием оптопары для обратной связи

В преобразователи серии VIPerPlus7 встроен узел для обнаружения прерывания питания BR (Brown out protection), который позволяет измерять сетевое напряжение питания. Если в течение определенного времени его значение ниже допустимой величины, это состояние распознается как авария сетевого напряжения, и силовой MOSFET выключается. На рисунке 5 показана схема включения преобразователя с использованием BR. Если эта функция не используется, то внешний вывод BR замыкается на землю.

 

Рисунок 5. Схема включения преобразователя с VIPer37с использованием функции BR

Преобразователи серии VIPerPlus8 способны в течение 2 с выдать пиковое значение мощности, заметно превышающее номинальное. Например, максимально допустимая мощность преобразователя VIPer38 при входном напряжении 85–265 В составляет 15 Вт, а пиковая мощность при температуре окружающего воздуха не более 50°С достигает величины 25 Вт. Типовая съема включения преобразователя этого семейства ничем не отличается от таковой для преобразователей серии VIPerPlus7, поэтому мы не будем ее приводить.

AC/DC-преобразователи от STMicroelectronics в наличии на складе Промэлектроника:

  • Наименование
    К продаже
    Цена от
Наличие:
193 шт.
Под заказ:
327 015 шт.
Цена от:
19,42
Наличие:
494 шт.
Под заказ:
0 шт.
Цена от:
68,01
Наличие:
95 шт.
Под заказ:
76 163 шт.
Цена от:
19,21
Наличие:
1 шт.
Под заказ:
0 шт.
Цена от:
197,77
Наличие:
387 шт.
Под заказ:
0 шт.
Цена от:
82,85
Наличие:
1 172 шт.
Под заказ:
3 204 шт.
Цена от:
32,96
Наличие:
500 шт.
Под заказ:
22 600 шт.
Цена от:
53,15
Наличие:
3 шт.
Под заказ:
0 шт.
Цена от:
262,60
Наличие:
2 409 шт.
Под заказ:
1 700 шт.
Цена от:
58,69
Наличие:
1 073 шт.
Под заказ:
1 326 шт.
Цена от:
126,05
Наличие:
91 шт.
Под заказ:
44 649 шт.
Цена от:
30,67
Наличие:
482 шт.
Под заказ:
0 шт.
Цена от:
40,73
Наличие:
273 шт.
Под заказ:
92 086 шт.
Цена от:
16,81
Наличие:
2 119 шт.
Под заказ:
12 500 шт.
Цена от:
25,61
Наличие:
7 шт.
Под заказ:
4 200 шт.
Цена от:
25,15
Наличие:
50 шт.
Под заказ:
860 шт.
Цена от:
45,12
Наличие:
158 шт.
Под заказ:
0 шт.
Цена от:
53,67
Наличие:
7 шт.
Под заказ:
0 шт.
Цена от:
16,30
Наличие:
241 шт.
Под заказ:
760 шт.
Цена от:
52,99
Наличие:
5 шт.
Под заказ:
22 350 шт.
Цена от:
39,21
Наличие:
294 шт.
Под заказ:
5 450 шт.
Цена от:
37,88
Наличие:
74 шт.
Под заказ:
300 шт.
Цена от:
70,20
Наличие:
41 шт.
Под заказ:
0 шт.
Цена от:
16,30
Наличие:
69 шт.
Под заказ:
4 570 шт.
Цена от:
25,71
Наличие:
70 шт.
Под заказ:
1 670 шт.
Цена от:
95,03
Наличие:
168 шт.
Под заказ:
2 320 шт.
Цена от:
37,96
Наличие:
99 шт.
Под заказ:
3 770 шт.
Цена от:
31,15
Наличие:
524 шт.
Под заказ:
1 113 983 шт.
Цена от:
21,60
Наличие:
1 041 шт.
Под заказ:
245 536 шт.
Цена от:
28,59
Наличие:
141 шт.
Под заказ:
1 600 шт.
Цена от:
40,65
Наличие:
59 шт.
Под заказ:
1 540 шт.
Цена от:
22,99
  • Производитель
    Корпус
    Описание
STM
DIP8
Импульсный источник электропитания сх. упpавления, MOSFET 730В/ток стока 0.7A, 60КГц, выходная мощность не более 20Вт
STM
TO-220-5
Импульсный источник электропитания первичный 50Вт 700В/1,5A
STM
SOIC8
AC-DC импульсный преобразователь с ключом в ждущем режиме 54кГц to 66кГц туба 8-Pin SO N
STM
PowerSO10
Импульсный источник электропитания первичный 100Вт 700В/3A
STM
TO-220-5
Импульсный источник электропитания первичный 100Вт 620В/3A
STM
DIP7
Автономный преобразователь ШИМ с защитой отперегрева 7DIP
STM
SOIC8
Импульсный источник электропитания сх. упpавления, MOSFET 730В/ток стока 0.7A, 60КГц, выходная мощность не более 20Вт
STM
PowerSO10
Импульсный источник электропитания первичный 50Вт 700В/1,5A
STM
DIP8
Импульсный источник электропитания сх. упpавления, MOSFET 650В/ток стока 1.9A, 20-130КГц
STM
PowerSO10
Импульсный источник электропитания 50Вт 800В
STM
DIP7
Импульсный источник электропитания первичный 6Вт 60кГц
STM
DIP7
Импульсный источник электропитания первичный 6Вт 115кГц
STM
DIP8
Импульсный источник электропитания
STM
SOIC16
Импульсный источник электропитания 26Вт
STM
SOIC16
Автономный преобразователь ШИМ с защитой по току
STM
DIP7
Импульсный источник электропитания 20Вт/800В/1.5А
STM
SOIC16
Импульсный источник электропитания первичный 6Вт 60кГц
STM
DIP7
Импульсный источник электропитания 0.7А 225кГц
STM
SOIC16
Импульсный источник электропитания 0.7А 225кГц
STM
DIP7
Импульсный источник электропитания 18Вт/800В/1.5А
STM
SOIC16
Импульсный источник электропитания 20Вт/800В/1.5А
STM
DIP7
Импульсный источник электропитания 20Вт/800В/1.5А 115кГц
STM
SOIC16
Импульсный источник электропитания 20Вт/800В/1.5А 60кГц
STM
SDIP10
Импульсный источник электропитания 25Вт/800В/1.5А 115кГц
STM
PowerSO10
Импульсный источник электропитания 40Вт 620В/1,5A 300кГц
STM
SSO10
ШИМ преобразователь DC/AC, 115kHz, 800v, 2,5A
STM
DIP7
Автономный ключ ШИМ импульсного источника электропитания 7DIP
STM
SOIC8
Автономный ключ ШИМ импульсного источника электропитания 8SOIC
STM
SOIC8
Автономный ключ ШИМ импульсного источника электропитания 8SOIC
STM
DIP7
Автономный преобразователь ШИМ с защитой от перенапряжения 7DIP
STM
DIP7
AC-DC преобразователь напряжения 54-66кГц