Analog Devices: новые компоненты для цепей питания

Компания Analog Devices в течение последних двух лет значительно расширила линейку компонентов, предназначенных для схем электропитания. В настоящее время компания производит довольно-таки большой спектр продукции в этой области: это микросхемы для контроля заряда аккумуляторов, микросхемы для ЖК-дисплеев, для «горячего» включения [1], супервизоры, устройства для управления последовательностью включения источников питания [2], преобразователи на переключающихся конденсаторах и другие микросхемы, предназначенные для обеспечения и контроля электропитания.

Это семейство импульсных понижающих контроллеров (см. рис. 1), обеспечивающих выходное напряжение в широких пределах и ток до 25 А (в зависимости также от внешних транзисторов). Рабочая частота довольно высока: до 1200 кГц, что позволяет использовать небольшую индуктивность и получить компактную конструкцию. Для ADP1821 и ADP1822 требуется отдельное питание 5 В, в то время как входное напряжение собственно силовой цепи может достигать 24 В. ADP1822 имеет дополнительные функции управления выходным напряжением. Для ADP1828 отдельного низковольтного питания, как правило, не требуется, он может работать при напряжении до 18 В.

Рис. 1. Схема семейства контроллеров ADP1821, ADP1822, ADP1828 и ADP1829

Для управления затвором «верхнего» транзистора имеется встроенная схема зарядовой накачки.
ADP1829 — контроллер импульсного преобразователя с двумя выходами на разное напряжение. Подобно ADP1828, контроллер не требует отдельного низковольтного питания.

ADP1864 (см. рис. 2) — контроллер понижающего преобразователя в очень компактном исполнении — в корпусе TSOT-6. Рабочая частота 600 кГц, КПД достигает 94%. Устройство требует подключения внешнего транзистора, входное напряжение до 14 В, обеспечиваемый ток — до 2 А.

Рис. 2. Схема контроллера ADP1864

ADP1864 разработан для замены контроллеров импульсных преобразователей LTC1772 и LTC3801, представляя собой более дешёвое и качественное альтернативное решение.

Данное семейство (см. рис. 3) — повышающие импульсные преобразователи в очень компактных корпусах со встроенным ключевым транзистором. ADP1610 работает при входном напряжении 2,5…5,5 В и обеспечивает до 12 В на выходе. Рабочая частота (700 кГц или 1,2 МГц) выбирается с помощью входа. КПД до 92%. Ток через ключ — до 1,2 А.
ADP1612 и ADP1613 обеспечивают напряжение до 20 В при входном напряжении от 1,8 В (ADP1612) или 2,5 В (ADP1613). Рабочая частота устанавливается с помощью входа.

Рис. 3. Схема семейства контроллеров ADP1610, ADP1612 и ADP1613

ADP1043 предназначен для построения импульсных преобразователей напряжения питания типа AC/DC или DC/DC с гальванической развязкой. Это микросхема со смешанными сигналами (AFE), имеющая встроенный АЦП, ЦАП, ШИМ модулятор и цифровой процессор. В данном контроллере имеется энергонезависимая память, в которой сохраняются конфигурационные параметры. Управление контроллером производится с помощью интерфейса I²C.

Гибкость. Одна и та же микросхема применяется в разных схемах с различной топологией. Например, у вас разработана схема и конструкция прямоходового преобразователя питания на основе ADP1043, и вы собираетесь разрабатывать полумостовой преобразователь. Этот контроллер можно реконфигурировать, использовать его в новой конструкции и за счёт этого сократить число используемых типов компонентов, а значит, снизить издержки.
Высокие динамические характеристики. Про­грам­ми­ру­емый переходный процесс. Можно запрограммировать этот контроллер с помощью интерфейса I²C и сформировать передаточную характеристику по своему усмотрению.
Высокий КПД. Микросхема позволяет реализовать сложные алгоритмы работы и достичь высокого КПД за счёт того, что рабочий режим преобразователя меняется в зависимости от тока нагрузки. Например, на рисунке 4 показана конфигурация источника питания, состоящая из двух симметричных частей. При больших токах нагрузки она работает в режиме «чередования», но если ток снижается до некоторого заранее установленного значения, то схема питания переходит в «однофазный» режим. Это позволяет повысить КПД при малых токах нагрузки.
На рисунке 5 показаны зависимости КПД от тока нагрузки для однофазного и двухфазного режимов. Видно, что при малых токах однофазный режим обеспечивает существенное преимущество.
Другой пример конфигурации — двухступенчатый преобразователь — показан на рисунке 6.

Рис. 4. Симметричная конфигурация с двухфазным «чередованием»

Рис. 5. Зависимость КПД преобразователя от тока в разных режимах работы

Рис. 6. Двухступенчатый преобразователь на основе ADP1043

Первый каскад понижает напряжение и обеспечивает стабилизацию. Второй каскад работает в режиме стабильного входного напряжения, без обратной связи, и обеспечивает высокий КПД. Такая конфигурация рекомендуется для систем с большим выходным током и позволяет повысить КПД примерно на 1% по сравнению с аналогичной одноступенчатой схемой.
«Умная» система управления питанием. Воз­мож­ность передавать данные о состоянии системы становится стандартной функцией подобных систем, востребованной производителями электронной аппаратуры. Управляющий процессор с помощью цифрового интерфейса может в любой момент получить информацию о таких параметрах как токи, напряжение, температура или об аварийном состоянии системы питания. Это повышает надёжность системы и позволяет реализовать дополнительные функции, например отключение питания при определённых условиях перегрузки.
Малое время выхода на рынок — сегодня эта характеристика продукта является одним из главных требований со стороны разработчика. Если у вас имеется схема, разработанная на базе ADP1043, и вам понадобилась новая система питания с другими параметрами, с другими функциями, другим уровнем мощности и т.д., можно реконфигурировать и перепрограммировать функции контроллера и обойтись минимальными изменениями в схеме и конструкции. Это позволяет существенно сократить время разработки и конструирования и скорее выйти на рынок с готовым изделием. Кроме того, предлагаются удобные и быстрые средства разработки.
Средства разработки. Фирма Analog Devices поставляет оценочные наборы для ADP1043, как и практически для всех своих продуктов, и в качестве исходного прототипа (референс-дизайна) очень удобно использовать оценочную плату. Разумеется, вместе с оценочным набором поставляется и подробная документация.
Оценочный набор представляет собой конструкцию, состоящую из двух плат. Одна из них — это базовая, силовая часть, содержащая трансформаторы, силовые транзисторы и прочую обвязку; вторая — небольшая навесная дочерняя плата с контроллером ADP1043. Дочернюю плату можно использовать с различными базовыми платами или со сконструированным вами прототипом.
В комплекте разработчика имеется программное обеспечение — среда разработчика с интуитивно понятным графическим интерфейсом.
Это программное обеспечение позволяет управлять конфигурацией и параметрами контроллера, менять частотную характеристику петли регулирования и загружать данные в контроллер через интерфейс I²C, причём делать это, когда система находится в рабочем состоянии, непосредственно наблюдая все изменения в динамике. Интерфейс программы прост, интуитивно понятен и действует по принципу drag-and-drop.

ADISimPower представляет собой среду разработки, интерактивный программный продукт, предназначенный для подбора компонентов и для проектирования цепи питания как импульсного, так и линейного блока питания. Программа ADISimPower доступна по адресу http://designtools.analog.com/dtPowerWeb/dtPowerMain.aspx.
ADISimPower имеет простой, интуитивно понятный интерфейс, с помощью которого вводятся исходные данные проекта. ADISimPower предлагает возможные варианты выбора по различным критериям оптимальности: минимальная стоимость, минимальные размеры, минимальное число компонентов и максимальная эффективность.
Программа ADIsimPower™ позволяет спроектировать требуемую систему питания всего за четыре простых шага.
Шаг 1. Ввод исходных данных для проекта:
– вводятся требования к источнику питания или выбирается необходимая микросхема.
Шаг 2. Просмотр возможных решений:
– из списка выбирается возможное решение на основе оценки параметров.
Шаг 3. Просмотр деталей проекта:
– знакомство со схемой, динамически изменяющимся списком компонентов, графиками КПД и другими ключевыми параметрами. Оптимизация схемы с точки зрения стоимости, КПД, размеров или числа компонентов.
Шаг 4. Создание проекта:
– выбор оценочной платы, сборочной документации, чертежа печатной платы и всего остального, что необходимо для реализации разработки.
После выбора решения вы с минимальными усилиями получаете готовую схему блока питания вместе со списком компонентов, а также графики кривых КПД, потерь и частотной характеристики петли регулирования стабилизатора.