Простой эффективный DC-DC конвертер. DC-DC конвертеры MAXIM Трансформаторные блоки питания

Фирма MAXIM Integrated Products сегодня является общепризнанным мировым лидером всфере разработки и производства широчайшего спектра интегральных схем для самых разнообразных областей микроэлектроники. Огромное количество решений фирма предлагает в области технологий преобразования мощности. Номенклатура выпускаемых микросхем-преобразователей охватывает практически всю совокупность текущих потребности электроники в этой сфере. В статье будут рассмотренны возможности некоторых наиболее интересных преобразователей постоянного напряжения фирмы MAXIM.

Как известно, в основе работы импульсного преобразователя лежит процесс передачи энергии со входа на выход путем перекоммутации реактивного элемента с определенной частотой. В этой связи существует деление преобразователей на две группы - индуктивные и конденсаторные (рис.1).

Индуктивные преобразователи напряжения

Индуктивные DC/DC-конвертеры представлены фирмой MAXIM наиболее широко. Выпускается 218 различных микросхем индуктивных преобразователей:

• повышающие (Step-Up);
• понижающие (Step-Down);
• повышающие/понижающие (Step-Up/Down);
• инвертирующие (Inverter).

Повышающие индуктивные преобразователи MAX1724 и MAX1709

Микросхема MAX1724 представляет собой высокоэффективный (КПД до 90%) повышающий конвертер, доступный в тонком 5-ножечном корпусе SOT23. Он имеет уникально низкий ток покоя - около 1,5 мкА. Этот прибор специально разработан фирмой MAXIM для использования в портативных переносных приборах с питанием от одной или двух алкалиновых или NiMH-батарей. Нижний диапазон входного напряжения этой микросхемы составляет 0,8 В. Конвертер построен по схеме синхронного выпрямителя, исключающей необходимость в использовании внешнего диода Шоттки. Благодаря этому для обеспечения работы преобразователя необходимо всего 3 внешних элемента (рис.2). Для снижения электромагнитных излучений в MAX1724 используется собственная схема снижения генерируемого шума. Встроенные ключи на N-канальных полевых транзисторах обеспечивают выходной ток в нагрузке до 150 мA при напряжении на выходе от 2,7 до 5 В (зависит от типа микросхемы). Отдельный вывод /SHDN (рис.2) позволяет управлять работой преобразователя. Ток в режиме «Shutdown » не превышает 0,1 мкА.

В случаях, когда необходимо обеспечить питание более мощной нагрузки, фирма MAXIM предлагает иное решение - MAX1709. Этот прибор обеспечивает выходной ток до 4 А при напряжении на входе 3,3 В. Диапазон входного напряжения лежит в пределах от 0,7 до 5 В. Таким образом, обеспечивается возможность использования микросхемы MAX1709 в устройстве, питающемся от одной батарейки на 1,2 В. Фиксированная частота переключения обеспечивает работу преобразователя на частоте основной гармоники равной 600 кГц. Выбор этой частоты позволяет использовать простые схемы фильтрации для снижения шумов. Кроме того, повышенная частота переключения снижает размеры используемой катушки индуктивности. При необходимости конвертер может работать на частоте внешнего генератора (от 350 кГц до 1 МГц), подключаемого к выводу CLK (рис.3). Путем изменения номиналов внешних компонентов имеется возможность программировать работу преобразователя в ежиме «мягкого старта », а также ограничивать максимальный ток нагрузки. Это может быть важно в условиях питания устройства от батарей.

Следует отметить, что благодаря возможности работы рассмотренных приборов при снижении входного питающего напряжения вплоть до 0,7 –0,8 В, они могут обеспечить более длительную работу разнообразных переносных устройств с питанием от батарей, повышая тем самым их потребительские качества.

Понижающий индуктивный преобразователь MAX1917

Современные требования к миниатюризации и снижению стоимости конечного изделия побуждают производителей непрерывно оптимизировать характеристики своих разработок. Примером может служить DC/DC-конвертер MAX1917, предназначенный для комплексного управления питанием DDR-памяти. Этот преобразователь построен на основе разработанной фирмой MAXIM архитектуры Quick-PWM ™. Она позволяет обеспечить очень малое время отклика управляющей схемы на изменения тока нагрузки. Благодаря этому снижается количество и общая емкость конденсаторов на выходе конвертера. На рис.4 показана схема включения преобразователя.

Микросхема MAX1917 обеспечивает управление ключами N-FET, позволяя реализовать понижающий синхронный выпрямитель с втекающим или вытекающим током в нагрузке до 25 А при напряжении до 3,6 В. Максимальный КПД может достигать величины 96%при токе в несколько ампер. Повышению КПД способствует, в частности, считывание информации о токе в нагрузке с перехода сток-исток нижнего в плече полевого транзистора. Это позволяет обойтись без использования специального резистора в качестве датчика тока, исключив его тепловые потери.

Начальная частота переключения микросхемы MAX1917 может выбираться из ряда 200; 300; 400; 550 кГц. В процессе стабилизации выходного напряжения эта частота меняется довольно в широких пределах в зависимости от тока нагрузки и входного напряжения.

Напряжение на выходе задается через вход DDR. С помощью внешних элементов задаются параметры встроенных схем ограничения максимального тока и «мягкого старта».

На рис.5 показан график изменения напряжения на нагрузке при возникновении скачка тока с 2,5 до 18 А. На осциллограмме видно, что время восстановления напряжения при изменении тока не превышает 20 мкс.

Несмотря на то что описанный прибор создан, прежде всего, для применения в системе питания DDR-памяти, он может использоваться и как понижающий преобразователь общего назначения с изменяемой частотой переключения.

В настоящее время фирмой MAXIM производится большое количество специализированных понижающих конвертеров для различных областей применения:

• системы питания сотовых телефонов (MAX1820-1821, MAX1958-1959);
• драйверы модулей Пелтье (MAX1968-1969, MAX8520-8521);
• системы питания ноутбуков (MAX1534, MAX1710-1712, MAX1717-1718, MAX1791, MAX1844);
• системы питания современных CPU (MAX797798, MAX1624-MAX1625, MAX1638-1639).

Выпускаемые понижающие конвертеры охватывают диапазон выходных токов вплоть до 60 А (MAX5041). Многие приборы работают на очень высоких частотах переключения - 1,2 МГц (MAX1734, MAX1921), 1 МГц (MAX1821), что позволяет повышать удельную мощность блоков питания за счет снижения размеров реактивных элементов, передающих энергию.

Повышающий/понижающий преобразователь MAX1672

Пожалуй, MAX1672 - самый функционально насыщенный конвертер среди изделий MAXIM такого типа. Выпускаемый в очень маленьком QSOP-корпусе, он обеспечивает выходное напряжение в диапазоне от 1,25 до 5,5 В при токе 300 мА без внешнего транзистора (рис.6). Преобразователь работоспособен при входном напряжении от 1,8 до 11 В. Типовой КПД при работе в режиме «Step-Up » составляет 85%.

Преобразователь MAX1672 представляет собой устройство, комбинирующее 2 различных метода преобразования напряжения и не являющееся классическим преобразователем Кука. Для повышения напряжения в состав прибора входит повышающий конвертер на основе встроенного N-канального MOSFET-транзистора и миниатюрной внешней катушки индуктивности (10 мкГ). Понижение напряжения выполняется встроенным линейным регулятором «low-drop » с помощью транзистора P-FET.

Существует 3 различных режима работы преобразователя MAX1672:

• Входное напряжение ниже выходного - работает повышающий конвертер.
• Входное напряжение незначительно больше выходного - это наиболее эффективный режим работы - работают повышающий конвертер и линейный регулятор. В этом режиме повышающий преобразователь автоматически поддерживает напряжение на входе линейного регулятора, необходимое для его работы. На графике зависимости КПД от входного напряжения (рис.7) видно, что в этот момент достигается пик эффективности - КПД свыше 94%%(при токе нагрузки 10мА). Кроме того, задействованный линейный регулятор осуществляет качественную фильтрацию высокочастотных шумов повышающего конвертера.
• Входное напряжение значительно больше выходного - работает только линейный регулятор, КПД падает с ростом входного напряжения.

Выходное напряжение может быть как изменяемым (с помощью внешних резисторов), так и фиксированным - изменение его значения (3,3 или 5 В) производится по входу «3/5 ». Микросхема имеет детектор понижения питающего напряжения (вывод /PGO), параметры работы которого можно устанавливать при помощи делителя напряжения, подключенного к выводу PGI. В режиме «Shutdown » нагрузка отключается от входа, а ток потребления микросхемы снижается до 0,1 мкА.

Реализованная в приборе система защиты от перегрева выключает проходной транзистор при повышении температуры кристалла до +150 °С и включает его снова при охлаждении до +20 °С. Встроенная схема ограничения максимального тока через катушку индуктивности позволяет выбирать два значения: 0,5 и 0,8 А.

Инверторы напряжения MAX774, MAX775 и MAX776

Группа микросхем MAX774-MAX776 представляет собой набор инверторов, характеризующихся стабильно высоким КПД в большом диапазоне токов нагрузки. Различаются они только значением выходного напряжения, поэтому достаточно рассмотреть особенности одного конвертера - MAX774 с отрицательным выходным напряжением –5 В.

Микросхема предназначена для построения инверторов напряжения с использованием внешнего транзистора P-FET и обеспечивает КПД 85% в диапазоне токов нагрузки от 5 мА до 1 А. Это стало возможным благодаря реализованной в приборе уникальной схеме управления, объединяющей преимущества частотно-импульсной модуляции (PFM) с пропуском импульсов (ультранизкий ток потребления), и высокой эффективности конвертера с широтно-импульсной модуляцией (PWM)на больших мощностях нагрузки.

Конденсаторные преобразователи напряжения

Для питания маломощных нагрузок, таких, как LCD, VCO (генераторы, управляемые напряжением), диоды настройки и пр., очень выгодно использовать преобразователи напряжения на коммутируемых конденсаторах. Использование таких устройств не требует наличия индуктивных (намоточных) компонентов, они позволяют создавать дешевые и малогабаритные модули питания. Фирмой MAXIM производится большое количество подобных преобразователей, которые могут быть как с фиксированным входным напряжением, так и регулируемые.

На рис.8 показана типовая схема включения регулируемого конденсаторного конвертера MAX889T. Он обеспечивает стабилизированное напряжение на нагрузке в пределах от –2,5 В до –Vin при токе 200 мА. Этот прибор работает на частоте 2 МГц, что позволяет использовать очень маленькие внешние конденсаторы, однако увеличивает собственный ток потребления. Отдельный вывод /SHDN позволяет управлять работой микросхемы с помощью внешней логики (ток управления не более 0,1 мкА).

Как и в большинстве других DC/DC-конвертеров фирмы MAXIM, в этом устройстве реализованы функции «мягкого старта », ограничения броска тока в момент запуска, схемы защиты от короткого замыкания и перегрева кристалла.

Существуют также двуполярные конденсаторные конвертеры на различные величины напряжений (MAX768, MAX864, MAX865), удвоители напряжения (MAX680, MAX681) и пр.

Преобразователи в двуполярное напряжение (Balanced)

Большинство специализированных преобразователей однополярного напряжения в двуполярное фирмы MAXIM построены на различных вариантах конденсаторных конвертеров. Однако их затруднительно использовать для питания мощных нагрузок. Поэтому в случае необходимости создания мощного двуполярного преобразователя следует обратить внимание на микросхемы MAX742 и MAX743. Первая используется с двумя внешними транзисторами и обеспечивает мощность в нагрузке до 60 Вт, а вторая имеет внутренние полевые транзисторы и допускает подключение нагрузки мощностью до 3 Вт.

DC/DC-конвертер MAX742 (рис.9) предназначен для создания источников питания мощностью от 3 до 60 Вт. Благодаря использованию двух независимых катушек индуктивности этот прибор (в отличие от варианта с трансформатором)обеспечивает раздельное регулирование напряжения в каждом плече с точностью 4%. Преобразователь работает на частоте 100 или 200 кГц с использованием ШИМ. Он преобразует входное напряжение (от 4,2 до 10 В) в выходное ±12 или ±15 В (необходимое напряжение устанавливается с помощью специального вывода). КПД при частоте переключения 100 кГц наиболее высокий - до 92%. Максимальная величина тока в нагрузке для каждого плеча составляет ±2 А.

Многофункциональные DC/DC-конвертеры

Процессы повышения степени интеграции и естественное стремление сокращать количество дискретных компонентов в конечном изделии приводит к появлению всевозможных многофункциональных микросхем, в том числе и в сфере преобразования напряжения. Фирмой MAXIM выпускается широкая гамма многофункциональных контроллеров питания для следующих сфер использования:

• цифровые фотоаппараты и видеокамеры (MAX1800-MAX1802);
• ЖК-мониторы TFT (MAX1880-MAX1885, MAX1889, MAX1998);
• CPU/GPU (MAX1816,MAX1994);
• главные контроллеры системы питания в ноутбуках (MAX1901,MAX1997,MAX1999);
• модемы xDSL/cable (MAX1864,MAX1865);
• спутниковые телефоны (MAX888,MAX1863);
• карманные компьютеры PDA (MAX781);
• питание ламп подсветки CCFT и контроллеров LCD (MAX753,MAX754).

Отличительная особенность этих устройств - применение их в конкретной области, а также наличие нескольких выходов с различными уровнями напряжений. Примером может служить микросхема MAX1800, созданная для использования в системе питания цифрового фотоаппарата или видеокамеры. Она работает при напряжении на входе от 0,7 до 5,5 В.На выходах конвертера вырабатывается целый ряд напряжений (КПД до 95%):

• +3,3 В (до 1,5 А)- главный выход, питание логики;
• +15 В и –7,5 В - питание CCD-матрицы;
• +18 В и +12 В - питание LCD-модуля;
• +7 В - питание CCFL;
• +1,8 В - питание MCU (CORE).

Кроме того, контроллер MAX1800 (рис.10) может управлять одной или несколькими вспомогательными микросхемами MAX1801 для питания миниатюрных электродвигателей.

В таблице приведен ряд характеристик некоторых DC/DC-конвертеров фирмы MAXIM.

Таблица. Основные характеристики DC/DC-преобразователей фирмы MAXIM

Литература

1. MAXIM full-line CD-Catalog, 2002 Edition.
2. Эраносян С.А.Сетевые блоки питания с высокочастотными преобразователями.Л.: Энергоатомиздат. Ленингр.отд-ние. 1991.
3. Интегральные микросхемы: Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. Издание 2-е.М.: ДОДЭКА.2000.
4. International Rectifier. Силовые полупроводниковые приборы. Пер.с англ.под ред. В.В.Токарева. Первое издание. Воронеж. 1995.

Сегодня на обзоре маленький DC-DC конвертер. Можно сказать, это полноценный орган управления блоком питания. Платка, на самом деле, миниатюрная, поставляется она в антистатическом пакетике, и сами видели, что она очень, запросто, помещается в руке. Смотрите видео канала “KIRILL NESTEROV”

Размер платы конвертера 6 сантиметров на 3,5. Содержатся 2 чипа. Один чип регулирует напряжение, а второй управляет индикацией, показывая количество вольт на входе и на выходе, как раз чип скрыт под светодиодной индикацией, практически не видно, только если на просвет. Из органов управления 3 компонента: 2 кнопочки и 1 регулятор. Регулятор отвечает за установку напряжения на выходе преобразователя. А 2 микро кнопочки не сразу объяснят, что делают, над ними, есть светодиоды. Светодиод in и светодиод out. Первая кнопка отвечает за включение и выключение, а вторая показывает индикацию. Лучше сейчас подключим платку к нормальному блоку, и покажем, как работает. Каждый вывод платы подписан, и имеется, как колодка для подключения, так и место для пайки.

Немного пройдемся по характеристики DC-DC конвертера. Питается от 5-36 вольт, это значит, что можем спокойно, на нашем БП, которым запитываем преобразователь, выставить 5.
Подаем ток от блока. Видите, что уже загорелась индикация, зелененькая, показано 4.9. Это на выходе. Можем посмотреть, какое идет на вход при нажатии на клавишу. Видим 4,9 вольт, посмотрим, какое на выходе. Да, ровно 4.9, можно сказать, что они показывают одинаково.

Используем тестер. Как выглядят показания, видим, что на источнике напряжение 5,13, на входе 5, на выходе замеряем – 5,11, что ближе с тем, что выдает блок питания.
Для начала посмотреть, какое напряжение минимальное можно подавать на платку. Итак, на блоке 3,8 вольт, индикация уже перестала работать, а на выходе то же самое. Упало до 2 вольт, а выход уже ничего не показывает. Опять подняли до 5, это минимальная точка, когда БП способен нормально работать.
Так как заявлено, что может работать от 36, этот вольтаж сейчас и выставим здесь. Как ни странно, у преобразователя 36, это максимум. Сейчас показано 14,1 на входе, и 35,7, но прибор немного врет.

Что еще не сказал по поводу регулировки. Она плавная от начала до конца, изменяется линейно. Уже заметили, напряжение 33,6, а по характеристикам должен выдавать от 1,25 до 32, что вылезает за пределы. 35,7, но индикатор врет, на выходе получаем 36, то же самое, что выдает блок.

Что касается управления устройства – всего 3 органа: 2 микро кнопочки и 1 регулятор, резистор на 50 Ком. Индикация in с левой стороны, и с правой стороны выход, отражают напряжение. Кнопочкой можно включать и отключать показания, блок продолжает работать. С напряжением понятно. Сделаем его пониже на 30,6, но дело в том, что стоит конденсатор на выходе на 35 вольт, опасно его сжечь.
Продавец на своей страничке товара утверждает, что преобразователь способен выдавать максимальный ток, аж в 5 ампер, но советует использовать его все-таки на 4,5, максимальная мощность должна составлять не больше 75 ватт, но при продолжительном использовании, не должны превышать его в 50 ватт.

Фирма MAXIM Integrated Products сегодня является общепризнанным мировым лидером всфере разработки и производства широчайшего спектра интегральных схем для самых разнообразных областей микроэлектроники. Огромное количество решений фирма предлагает в области технологий преобразования мощности. Номенклатура выпускаемых микросхем-преобразователей охватывает практически всю совокупность текущих потребности электроники в этой сфере. В статье будут рассмотренны возможности некоторых наиболее интересных преобразователей постоянного напряжения фирмы MAXIM.

Как известно, в основе работы импульсного преобразователя лежит процесс передачи энергии со входа на выход путем перекоммутации реактивного элемента с определенной частотой. В этой связи существует деление преобразователей на две группы - индуктивные и конденсаторные (рис.1).

Индуктивные преобразователи напряжения

Индуктивные DC/DC-конвертеры представлены фирмой MAXIM наиболее широко. Выпускается 218 различных микросхем индуктивных преобразователей:

• повышающие (Step-Up);
• понижающие (Step-Down);
• повышающие/понижающие (Step-Up/Down);
• инвертирующие (Inverter).

Повышающие индуктивные преобразователи MAX1724 и MAX1709

Микросхема MAX1724 представляет собой высокоэффективный (КПД до 90%) повышающий конвертер, доступный в тонком 5-ножечном корпусе SOT23. Он имеет уникально низкий ток покоя - около 1,5 мкА. Этот прибор специально разработан фирмой MAXIM для использования в портативных переносных приборах с питанием от одной или двух алкалиновых или NiMH-батарей. Нижний диапазон входного напряжения этой микросхемы составляет 0,8 В. Конвертер построен по схеме синхронного выпрямителя, исключающей необходимость в использовании внешнего диода Шоттки. Благодаря этому для обеспечения работы преобразователя необходимо всего 3 внешних элемента (рис.2). Для снижения электромагнитных излучений в MAX1724 используется собственная схема снижения генерируемого шума. Встроенные ключи на N-канальных полевых транзисторах обеспечивают выходной ток в нагрузке до 150 мA при напряжении на выходе от 2,7 до 5 В (зависит от типа микросхемы). Отдельный вывод /SHDN (рис.2) позволяет управлять работой преобразователя. Ток в режиме «Shutdown » не превышает 0,1 мкА.

В случаях, когда необходимо обеспечить питание более мощной нагрузки, фирма MAXIM предлагает иное решение - MAX1709. Этот прибор обеспечивает выходной ток до 4 А при напряжении на входе 3,3 В. Диапазон входного напряжения лежит в пределах от 0,7 до 5 В. Таким образом, обеспечивается возможность использования микросхемы MAX1709 в устройстве, питающемся от одной батарейки на 1,2 В. Фиксированная частота переключения обеспечивает работу преобразователя на частоте основной гармоники равной 600 кГц. Выбор этой частоты позволяет использовать простые схемы фильтрации для снижения шумов. Кроме того, повышенная частота переключения снижает размеры используемой катушки индуктивности. При необходимости конвертер может работать на частоте внешнего генератора (от 350 кГц до 1 МГц), подключаемого к выводу CLK (рис.3). Путем изменения номиналов внешних компонентов имеется возможность программировать работу преобразователя в ежиме «мягкого старта », а также ограничивать максимальный ток нагрузки. Это может быть важно в условиях питания устройства от батарей.

Следует отметить, что благодаря возможности работы рассмотренных приборов при снижении входного питающего напряжения вплоть до 0,7 –0,8 В, они могут обеспечить более длительную работу разнообразных переносных устройств с питанием от батарей, повышая тем самым их потребительские качества.

Понижающий индуктивный преобразователь MAX1917

Современные требования к миниатюризации и снижению стоимости конечного изделия побуждают производителей непрерывно оптимизировать характеристики своих разработок. Примером может служить DC/DC-конвертер MAX1917, предназначенный для комплексного управления питанием DDR-памяти. Этот преобразователь построен на основе разработанной фирмой MAXIM архитектуры Quick-PWM ™. Она позволяет обеспечить очень малое время отклика управляющей схемы на изменения тока нагрузки. Благодаря этому снижается количество и общая емкость конденсаторов на выходе конвертера. На рис.4 показана схема включения преобразователя.

Микросхема MAX1917 обеспечивает управление ключами N-FET, позволяя реализовать понижающий синхронный выпрямитель с втекающим или вытекающим током в нагрузке до 25 А при напряжении до 3,6 В. Максимальный КПД может достигать величины 96%при токе в несколько ампер. Повышению КПД способствует, в частности, считывание информации о токе в нагрузке с перехода сток-исток нижнего в плече полевого транзистора. Это позволяет обойтись без использования специального резистора в качестве датчика тока, исключив его тепловые потери.

Начальная частота переключения микросхемы MAX1917 может выбираться из ряда 200; 300; 400; 550 кГц. В процессе стабилизации выходного напряжения эта частота меняется довольно в широких пределах в зависимости от тока нагрузки и входного напряжения.

Напряжение на выходе задается через вход DDR. С помощью внешних элементов задаются параметры встроенных схем ограничения максимального тока и «мягкого старта».

На рис.5 показан график изменения напряжения на нагрузке при возникновении скачка тока с 2,5 до 18 А. На осциллограмме видно, что время восстановления напряжения при изменении тока не превышает 20 мкс.

Несмотря на то что описанный прибор создан, прежде всего, для применения в системе питания DDR-памяти, он может использоваться и как понижающий преобразователь общего назначения с изменяемой частотой переключения.

В настоящее время фирмой MAXIM производится большое количество специализированных понижающих конвертеров для различных областей применения:

• системы питания сотовых телефонов (MAX1820-1821, MAX1958-1959);
• драйверы модулей Пелтье (MAX1968-1969, MAX8520-8521);
• системы питания ноутбуков (MAX1534, MAX1710-1712, MAX1717-1718, MAX1791, MAX1844);
• системы питания современных CPU (MAX797798, MAX1624-MAX1625, MAX1638-1639).

Выпускаемые понижающие конвертеры охватывают диапазон выходных токов вплоть до 60 А (MAX5041). Многие приборы работают на очень высоких частотах переключения - 1,2 МГц (MAX1734, MAX1921), 1 МГц (MAX1821), что позволяет повышать удельную мощность блоков питания за счет снижения размеров реактивных элементов, передающих энергию.

Повышающий/понижающий преобразователь MAX1672

Пожалуй, MAX1672 - самый функционально насыщенный конвертер среди изделий MAXIM такого типа. Выпускаемый в очень маленьком QSOP-корпусе, он обеспечивает выходное напряжение в диапазоне от 1,25 до 5,5 В при токе 300 мА без внешнего транзистора (рис.6). Преобразователь работоспособен при входном напряжении от 1,8 до 11 В. Типовой КПД при работе в режиме «Step-Up » составляет 85%.

Преобразователь MAX1672 представляет собой устройство, комбинирующее 2 различных метода преобразования напряжения и не являющееся классическим преобразователем Кука. Для повышения напряжения в состав прибора входит повышающий конвертер на основе встроенного N-канального MOSFET-транзистора и миниатюрной внешней катушки индуктивности (10 мкГ). Понижение напряжения выполняется встроенным линейным регулятором «low-drop » с помощью транзистора P-FET.

Существует 3 различных режима работы преобразователя MAX1672:

• Входное напряжение ниже выходного - работает повышающий конвертер.
• Входное напряжение незначительно больше выходного - это наиболее эффективный режим работы - работают повышающий конвертер и линейный регулятор. В этом режиме повышающий преобразователь автоматически поддерживает напряжение на входе линейного регулятора, необходимое для его работы. На графике зависимости КПД от входного напряжения (рис.7) видно, что в этот момент достигается пик эффективности - КПД свыше 94%%(при токе нагрузки 10мА). Кроме того, задействованный линейный регулятор осуществляет качественную фильтрацию высокочастотных шумов повышающего конвертера.
• Входное напряжение значительно больше выходного - работает только линейный регулятор, КПД падает с ростом входного напряжения.

Выходное напряжение может быть как изменяемым (с помощью внешних резисторов), так и фиксированным - изменение его значения (3,3 или 5 В) производится по входу «3/5 ». Микросхема имеет детектор понижения питающего напряжения (вывод /PGO), параметры работы которого можно устанавливать при помощи делителя напряжения, подключенного к выводу PGI. В режиме «Shutdown » нагрузка отключается от входа, а ток потребления микросхемы снижается до 0,1 мкА.

Реализованная в приборе система защиты от перегрева выключает проходной транзистор при повышении температуры кристалла до +150 °С и включает его снова при охлаждении до +20 °С. Встроенная схема ограничения максимального тока через катушку индуктивности позволяет выбирать два значения: 0,5 и 0,8 А.

Инверторы напряжения MAX774, MAX775 и MAX776

Группа микросхем MAX774-MAX776 представляет собой набор инверторов, характеризующихся стабильно высоким КПД в большом диапазоне токов нагрузки. Различаются они только значением выходного напряжения, поэтому достаточно рассмотреть особенности одного конвертера - MAX774 с отрицательным выходным напряжением –5 В.

Микросхема предназначена для построения инверторов напряжения с использованием внешнего транзистора P-FET и обеспечивает КПД 85% в диапазоне токов нагрузки от 5 мА до 1 А. Это стало возможным благодаря реализованной в приборе уникальной схеме управления, объединяющей преимущества частотно-импульсной модуляции (PFM) с пропуском импульсов (ультранизкий ток потребления), и высокой эффективности конвертера с широтно-импульсной модуляцией (PWM)на больших мощностях нагрузки.

Конденсаторные преобразователи напряжения

Для питания маломощных нагрузок, таких, как LCD, VCO (генераторы, управляемые напряжением), диоды настройки и пр., очень выгодно использовать преобразователи напряжения на коммутируемых конденсаторах. Использование таких устройств не требует наличия индуктивных (намоточных) компонентов, они позволяют создавать дешевые и малогабаритные модули питания. Фирмой MAXIM производится большое количество подобных преобразователей, которые могут быть как с фиксированным входным напряжением, так и регулируемые.

На рис.8 показана типовая схема включения регулируемого конденсаторного конвертера MAX889T. Он обеспечивает стабилизированное напряжение на нагрузке в пределах от –2,5 В до –Vin при токе 200 мА. Этот прибор работает на частоте 2 МГц, что позволяет использовать очень маленькие внешние конденсаторы, однако увеличивает собственный ток потребления. Отдельный вывод /SHDN позволяет управлять работой микросхемы с помощью внешней логики (ток управления не более 0,1 мкА).

Как и в большинстве других DC/DC-конвертеров фирмы MAXIM, в этом устройстве реализованы функции «мягкого старта », ограничения броска тока в момент запуска, схемы защиты от короткого замыкания и перегрева кристалла.

Существуют также двуполярные конденсаторные конвертеры на различные величины напряжений (MAX768, MAX864, MAX865), удвоители напряжения (MAX680, MAX681) и пр.

Преобразователи в двуполярное напряжение (Balanced)

Большинство специализированных преобразователей однополярного напряжения в двуполярное фирмы MAXIM построены на различных вариантах конденсаторных конвертеров. Однако их затруднительно использовать для питания мощных нагрузок. Поэтому в случае необходимости создания мощного двуполярного преобразователя следует обратить внимание на микросхемы MAX742 и MAX743. Первая используется с двумя внешними транзисторами и обеспечивает мощность в нагрузке до 60 Вт, а вторая имеет внутренние полевые транзисторы и допускает подключение нагрузки мощностью до 3 Вт.

DC/DC-конвертер MAX742 (рис.9) предназначен для создания источников питания мощностью от 3 до 60 Вт. Благодаря использованию двух независимых катушек индуктивности этот прибор (в отличие от варианта с трансформатором)обеспечивает раздельное регулирование напряжения в каждом плече с точностью 4%. Преобразователь работает на частоте 100 или 200 кГц с использованием ШИМ. Он преобразует входное напряжение (от 4,2 до 10 В) в выходное ±12 или ±15 В (необходимое напряжение устанавливается с помощью специального вывода). КПД при частоте переключения 100 кГц наиболее высокий - до 92%. Максимальная величина тока в нагрузке для каждого плеча составляет ±2 А.

Многофункциональные DC/DC-конвертеры

Процессы повышения степени интеграции и естественное стремление сокращать количество дискретных компонентов в конечном изделии приводит к появлению всевозможных многофункциональных микросхем, в том числе и в сфере преобразования напряжения. Фирмой MAXIM выпускается широкая гамма многофункциональных контроллеров питания для следующих сфер использования:

• цифровые фотоаппараты и видеокамеры (MAX1800-MAX1802);
• ЖК-мониторы TFT (MAX1880-MAX1885, MAX1889, MAX1998);
• CPU/GPU (MAX1816,MAX1994);
• главные контроллеры системы питания в ноутбуках (MAX1901,MAX1997,MAX1999);
• модемы xDSL/cable (MAX1864,MAX1865);
• спутниковые телефоны (MAX888,MAX1863);
• карманные компьютеры PDA (MAX781);
• питание ламп подсветки CCFT и контроллеров LCD (MAX753,MAX754).

Отличительная особенность этих устройств - применение их в конкретной области, а также наличие нескольких выходов с различными уровнями напряжений. Примером может служить микросхема MAX1800, созданная для использования в системе питания цифрового фотоаппарата или видеокамеры. Она работает при напряжении на входе от 0,7 до 5,5 В.На выходах конвертера вырабатывается целый ряд напряжений (КПД до 95%):

• +3,3 В (до 1,5 А)- главный выход, питание логики;
• +15 В и –7,5 В - питание CCD-матрицы;
• +18 В и +12 В - питание LCD-модуля;
• +7 В - питание CCFL;
• +1,8 В - питание MCU (CORE).

Кроме того, контроллер MAX1800 (рис.10) может управлять одной или несколькими вспомогательными микросхемами MAX1801 для питания миниатюрных электродвигателей.

В таблице приведен ряд характеристик некоторых DC/DC-конвертеров фирмы MAXIM.

Таблица. Основные характеристики DC/DC-преобразователей фирмы MAXIM

Литература

1. MAXIM full-line CD-Catalog, 2002 Edition.
2. Эраносян С.А.Сетевые блоки питания с высокочастотными преобразователями.Л.: Энергоатомиздат. Ленингр.отд-ние. 1991.
3. Интегральные микросхемы: Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. Издание 2-е.М.: ДОДЭКА.2000.
4. International Rectifier. Силовые полупроводниковые приборы. Пер.с англ.под ред. В.В.Токарева. Первое издание. Воронеж. 1995.

DC-DC преобразователи (Конверторы) – модульные электронные устройства, предназначенные для построения шин питания в схемах с гальванической развязкой. Приборы представляют собой готовые устройства, преобразующие постоянное напряжение в постоянное, выполнены в герметичных защищенных корпусах с выводами для монтажа на печатную плату. Конверторы отличаются по своей мощности, конструктивному исполнению, количеству выходных каналов, диапазону входных и выходных напряжений.

Линейку высокопроизводительных изделий представили компании TRACO ELECTRONIC и AIMTEC . Преобразователи обладают высокой надежностью и производительностью, работают в широком диапазоне входных напряжений, обеспечивают нагрузку высоким выходным током, как по одному, так и двум выходным каналам. Малые габариты корпусов изделий позволяют использовать их в современной микроэлектронике с высокой плотностью монтажа. Серия изделий TMA 0505 D, 0512 D, 0515 D являются повышающими преобразователями с двухполярным выходным напряжением, и выходным током, достаточным для питания операционных усилителей различной портативной аппаратуры с батарейным питанием.

Ассортимент высокотехнологичным DC / DC преобразователей представила известная японская фирма MURATA POWER , изделия которых пользуются огромным спросом в различных отраслях промышленной электроники. Специализированные компактные изделия выпускаются как в закрытых герметичных корпусах, так и в открытом модульном исполнении для монтажа на плату. Особое звено модульных приборов – стабилизированные, изолированные DC / DC преобразователи с фиксированным входным и выходным напряжением, особо востребованные в медицинской технике и телекоммуникационном оборудовании.

Особенностью продукции компании PEAK Electronics являются уникальные разработки миниатюрных модулей DC / DC преобразователей для экономичной портативной электроники. Модульные приборы выпускаются в закрытых герметичных корпусах, с одним или двумя неизолированными выходами, и двухполярным выходным напряжением, а так же, модули, работающие в режиме умножения напряжения, например, P 10 CU -0512 ZLF, P 6 CU -0512 ZLF.

Посмотреть и купить товар вы можете в наших магазинах в городах: Москва, Санкт-Петербург, Волгоград, Воронеж, Екатеринбург, Ижевск, Казань, Калуга, Краснодар, Красноярск, Минск, Набережные Челны, Нижний Новгород, Новосибирск, Омск, Пермь, Ростов-на-Дону, Рязань, Самара, Тверь, Томск, Тула, Тюмень, Уфа, Челябинск. Доставка заказа почтой, через систему доставки Pickpoint или через салоны «Евросеть» в следующие города: Тольятти, Барнаул, Ульяновск, Иркутск, Хабаровск, Ярославль, Владивосток, Махачкала, Томск, Оренбург, Кемерово, Новокузнецк, Астрахань, Пенза, Липецк, Киров, Чебоксары, Калининград, Курск, Улан-Удэ, Ставрополь, Сочи, Иваново, Брянск, Белгород, Сургут, Владимир, Нижний Тагил, Архангельск, Чита, Смоленск, Курган, Орёл, Владикавказ, Грозный, Мурманск, Тамбов, Петрозаводск, Кострома, Нижневартовск, Новороссийск, Йошкар-Ола и др.

Товары из группы «DC-DC преобразователи (Конверторы)» вы можете купить оптом и в розницу.

Прислал:

Простые схемы не всегда хуже "навороченных". А схемы на дискретных элементах ничуть не уступают готовым микросхемам. Очередной пример можно увидеть здесь.

Одними из наиболее популярных электронных устройств в настоящее время являются маломощные однотактные DC-DC конверторы, широко используемые в переносной батарейной аппаратуре. Естественно, что многие фирмы ведут активные разработки в этой области, и таких готовых устройств бесчисленное множество. На рис. 1 для примера показана блок-схема одного из распространенных конверторов TPS61045 производства фирмы Texas Instruments .

Эта блок-схема не является чем-то выдающимся по количеству используемых элементов, ничуть не меньше таковых в аналогичных устройствах других производителей. Вероятно поэтому интегральные DC-DC конвертеры являются довольно дорогими изделиями электронной техники. Кроме гипертрофированной блок-схемы некоторые из таких устройств страдают импульсной неустойчивостью из-за неоправданно большого коэффициента преобразования в петле ООС. Например, на рис. 2 показана упрощенная форма напряжения в таком режиме на индуктивности конвертера SP6641 фирмы Sipex.

По всей видимости, приведенные факты стали следствием использования интегральных технологий, которые, устранив прямую зависимость между числом используемых компонентов и размерами электронных устройств, заодно устранили и мотивацию к созданию оптимальной электроники. Вследствие этого неоправданное усложнение интегральных микросхем стало всеобщим, а платить за это приходится потребителям.

Поэтому в данной статье сделана попытка показать, что если для реализации электронных устройств не использовать лишних компонентов, то получаются изделия, ничем не уступающие интегральным аналогам, а по некоторым параметрам и превосходящие их. Начиная с меньшей стоимости.

Кроме того, поскольку в таких устройствах компонентов ровно столько, сколько это необходимо для решения конкретной задачи, они почти не уступают интегральным аналогам по занимаемой площади на плате, хотя выполнены на отдельных элементах. Причем реализация на отдельных элементах зачастую позволяет обеспечить и лучшие электрические параметры, чем у интегральных микросхем, поскольку разработчик имеет возможность при создании своего устройства отобрать наилучшие на данный момент дискретные компоненты, чего нельзя обеспечить при использовании готовых микросхем, качество используемых элементов в которых навсегда привязано к периоду их разработки.

Электрическая схема однотактного конвертера, подтверждающего вышеизложенное, представлена на рис.3.

Структура представляемого устройства является универсальной и позволяет создавать конвертеры с любыми видами модуляции.

В данном случае используется частотно-импульсная модуляция, что не только позволило реализовать наиболее простую структуру конвертера, но и способствует его более высокой эффективности по сравнению с конвертерами, использующими ШИМ. Это объясняется тем, что при использовании частотно-импульсной модуляции и уменьшении тока в нагрузке КПД снижается только за счет начального потребления тока схемой управления выходным ключом, в отличие от конверторов с ШИМ, где КПД дополнительно ухудшается в связи с неэффективным использованием индуктивности при уменьшении времени ее заряда, что особенно сильно проявляется при больших коэффициентах преобразования.

Устройство является универсальным, но в данном конкретном случае предназначено для преобразования напряжения батареи из двух NiMh аккумуляторов с напряжением 2…2.7 В в напряжение питания для OLED дисплея (~13 В, 30 мА).

Следует обратить внимание на то, что в конверторе нет никаких компараторов и операционных усилителей. При этом не только обеспечивается стабильность выходного напряжения не хуже 1% при изменении входного в пределах 2.5…4 В или при изменении нагрузки, что вполне достаточно для любых практических задач, но и исключается импульсная неустойчивость, вследствие чего просто приятно наблюдать чистую осциллограмму на аноде VD4 в отличие от картины в той же точке у некоторых промышленных микросхем. Соответственно обеспечивается и минимальный уровень помех. Указанная особенность определяется не только минимально необходимым усилением в петле ООС, но и используемым типом модуляции.

За счет взаимной компенсации температурного ухода у VD1, VT1 и VD3 описываемое устройство обладает и неплохой температурной стабильностью – не хуже 2% в диапазоне температур –20…+50 °С. КПД преобразователя при использовании относительно недорогой индуктивности фирмы Murata LQH55D составляет примерно 85% даже при входном напряжении 2 В и предельной выходной мощности, которая при таком входном напряжении достигает 0.4 Вт. Наилучшие характеристики устройства обеспечиваются при питании DD1 от отдельного источника напряжением 2.5…5 В.

Следует отметить, что за вычетом стоимости танталовых конденсаторов, выпрямительного диода и индуктивности, которые используются и в микросхемном варианте, стоимость компонентов представляемого устройства составляет примерно 10 руб., в то время как розничная цена микросхемы TPS61045, предназначенной для тех же целей и имеющей худшие параметры, в среднем не ниже 50 руб. Следовательно, лишние компоненты из упомянутой микросхемы обходятся пользователям в 40 руб.

Единственный замеченный недостаток представляемого конвертера заключается в том, что при питании DD1 от первичного источника и при снижении первичного напряжения ниже определенного предела возможна ситуация, когда возникает положительная обратная связь через источник питания и в такой ситуации либо мощность, рассеиваемая на МОП ключе, может превысить допустимую, либо МОП ключ просто разрядит первичный источник. Это объясняется удлинением выходных импульсов у используемого логического элемента при уменьшении его питающего напряжения.

Однако при желании такая ситуация может быть исключена при минимальных дополнительных затратах – достаточно параллельно диодной сборке VD1 включить выход обычного монитора питания типа, например, BD47xx с напряжением срабатывания, равным минимально допустимому напряжению питания конвертера, а вход монитора следует подключить к первичному источнику питания. При использовании в микроконтроллерных устройствах можно отключать конвертер по входу shutdown, подавая на него низкий логический уровень, как только АЦП микроконтроллера обнаружит разряд батареи ниже допустимого уровня.

На рис. 4 представлен вариант трассировки конвертера на печатной плате в масштабе примерно 4:1. Реальные размеры – 14 × 17 мм без присоединительных выводов. При необходимости получения выходных напряжений менее 8 В стабилитрон VD4 следует заменить на шунтовый регулятор типа, например, LMV431.

Возможны также различные модификации конвертера, изображенного на рис. 3. Один из теоретически возможных вариантов для примера показан на рис. 5*.

Рис. 5
(*Данное устройство не используется в моих разработках, а поэтому не реализовывалось и не тестировалось.)

В этом варианте используется цепь регулирования, применяемая в простых однотактных DC-DC конвертерах как минимум с 80-х годов прошлого столетия. Конвертеры такого типа позволяют избежать применения преобразователей типа sepic, которые не имеют перед ними никаких преимуществ, кроме возможности присоединить не плюс, а минус батареи к общему проводу питаемого конвертером устройства. Поскольку представленное на рис. 5 устройство намного дешевле, проще и эффективнее упомянутых конвертеров типа sepic, оно делает применение последних за исключением особых случаев совершенно бессмысленным.

Замечательным свойством этого конвертера, как, кстати, и конвертеров типа sepic, является возможность работы с первичными источниками, напряжение которых может быть любым – как меньше выходного напряжения, так и больше. К сожалению, диапазон возможных напряжений первичного источника в описываемом устройстве ограничивается возможностями используемого триггера Шмитта по допустимым напряжениям его питания. В показанном на рис. 5 варианте диапазон напряжений первичного источника не должен выходить за пределы 2…5.5 В при выходном напряжении, например, 3 В.

Кроме прочих достоинств, при использовании этой схемы появляется возможность использовать батарею в качестве источника отрицательного смещения, а не применять для этого специальные преобразователи или дополнительные обмотки с выпрямителем.