Инженерное чтиво: Высокоэффективный синхронный понижающий регулятор с Rail-to-Rail выходом и двунаправленным током
27.01.2019240

Вниманию разработчиков систем питания статья Тимоти Козоно (Timothy Kozono), инженера Power by Linear (Analog Devices) о типовых применениях понижающего регулятора, созданного на основе архитектуры Silent Switcher. Статья опубликована в LT Journal of Analog Innovation.

Введение

Монолитный синхронный понижающий регулятор LTC3623 способен обеспечивать нагрузку непрерывным втекающим или вытекающим током до 5 А при входном напряжении от 4 до 15 В. В компактном корпусе QFN размером 3 × 5 мм реализовано множество оригинальных решений, включая архитектуру Silent Switcher, снижающую уровень создаваемых помех, компенсацию падения выходного напряжения на кабеле и программирование выходного напряжения одним резистором. Архитектура с постоянной рабочей частотой и управляемым временем включения гарантирует быструю реакцию на переходные процессы в нагрузке и на входе, даже в высокочастотных приложениях с малыми коэффициентами заполнения. Частота переключения устройства может находиться в диапазоне от 400 кГц до 4 МГц. В сочетании с большим набором защитных и контрольных функций это позволяет создавать компактные и надежные решения. Возможность стабилизации выходного напряжения, равного входному, наличие выбора между режимами непрерывной или прерывистой проводимости и потребляемый в режиме останова ток менее 1 мкА делают этот регулятор подходящим для широкого круга приложений.

Напряжение внутреннего опорного источника устанавливается одним внешним резистором. Регулируемое внутреннее опорное напряжение определяет величину выходного напряжения и позволяет устройству стабилизировать напряжение от нуля до значения, равного входному напряжению. Благодаря способности отдавать в нагрузку втекающий или вытекающий ток 5 А, микросхема быстро переключает выходное напряжение в любом направлении. Сигнал схемы контроля выходного тока может использоваться для компенсации падения напряжения на сопротивлении проводов путем увеличения опорного напряжения.

Понижающий регулятор с выходным напряжением 3.3 В и рабочей частотой 1 МГц

В простейшем случае шина питания создается с помощью одного резистора и стабилитрона.

синхронный понижающий регулятор

На Рисунке 1 изображена полная схема высокоэффективного преобразователя 12 В/3.3 В. Компактный корпус микросхемы LTC3623 содержит синхронный MOSFET ключ нижнего плеча с сопротивлением открытого канала 30 мОм и синхронный MOSFET ключ верхнего плеча с сопротивлением канала 60 мОм, обеспечивающие высокий КПД и минимальные тепловые потери.

синхронный понижающий регулятор

На Рисунке 2 показаны зависимости КПД и потерь мощности от тока нагрузки в режимах непрерывной и прерывистой проводимости. Режим прерывистой проводимости существенно улучшает КПД при легких нагрузках, незначительно увеличивая уровень пульсаций выходного напряжения. На Рисунке 3 показана реакция схемы на скачок нагрузки при выходной емкости всего 330 мкФ.

Двухфазная схема позволяет увеличить выходной ток

синхронный понижающий регулятор

На Рисунке 4 представлена полная схема двухфазного преобразователя с частотой переключения 1 МГц, преобразующего входное напряжение 12 В в выходное напряжение 1 В при втекающем или вытекающем токе до 10 А. Фазы, синхронизируемые генератором LTC6908-1, для снижения пульсаций выходного напряжения сдвинуты на 180°. Зависимости КПД и потерь мощности от тока нагрузки для всей системы показаны на Рисунке 5. Низкое тепловое сопротивление корпуса микросхемы LTC3623 позволяет использовать для отвода тепла печатную плату. Термограмма платы изображена на Рисунке 6. Как видно из Рисунка 5, при выходном токе 10 А каждая фаза рассеивает 1.8 Вт, что приводит к повышению температуры кристалла до 63 °C при температуре окружающей среды 25 °C и нулевой скорости обдува.

синхронный понижающий регулятор

Заключение

Понижающий регулятор LTC3623 позволяет создавать компактные локализованные к нагрузке решения, отдающие в нагрузку втекающий или вытекающий ток до 5 А. Выходную мощность легко увеличить путем параллельного соединения устройств, что дополнительно позволит распределить выделение тепла и снизить выходные пульсации. Проблемы рассеивания тепла минимизируются низким тепловым сопротивлением и высоким КПД LTC3623. Обширный набор программируемых функций LTC3623 удовлетворяет требованиям широкого спектра приложений.


vd-mais-professional-distributorЗа консультациями по поставкам новейших компонентов и систем обращайтесь в отдел электронных компонентов научно-производственной фирмы VD MAIS – официального дистрибьютора продукции Analog Devices и профессионального поставщика инновационных решений для высокотехнологичных отраслей промышленности Украины.

Читать в оригинале

Спецификации

Купить онлайн