Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2003 №9

DC-DC преобразователи напряжения “point-of-load” компании Astec

Борисов Александр


Компания ASTEC, являющаяся одним из мировых лидеров по производству источников питания для различных областей электронной промышленности, производит широкий ряд DC-DC преобразователей напряжения типа «point-of-load».

Современная электронная промышленность развивается настолько быстрыми темпами, что Закон Мура (удвоение удельного количества транзисторов на кристалле кремния каждые 18 месяцев) до сих пор продолжает работать. Этотфакт ставит перед разработчиками ряд новых вопросов, связанных с электропитанием высокоскоростных (а значит, и высокопотребляющих) аналого-цифровых устройств. Потери энергии на соединительных проводах могут заметно увеличить потребление от источника питания, что неприемлемо для переносной аппаратуры и нежелательно для стационарной.

Кроме проблемы минимизации потребляемого тока существует и другая проблема: использовать в устройстве компоненты с одинаковым питающим напряжением чрезвычайно сложно и экономически необоснованно. Это значит, что необходимо наличие источника питания с несколькими (иногда более трех) выходными напряжениями.

Решение этих проблем возможно с помощью использования распределенной сети питания. В этом случае законченное устройство имеет один источник питания (первичный), а отдельные модули устройства питаются от DC-DC преобразователей напряжения, для которых входным напряжением является выходное напряжение первичного источника. Таким образом, возможно построение схемы питания слюбым количеством выходных напряжений и минимальными потерями на проводах, так как вторичные DC-DC преобразователи (получившие название «point-of-load») устанавливаются в непосредственной близости от потребителя энергии.

DC-DC преобразователи напряжения «point-of-load» имеют следующие особенности, отличающие их от обычных DC-DC конверторов:

  • отсутствие гальванической развязки между входом и выходом (в ней нет необходимости, так как она, как правило, присутствует в первичном источнике);
  • узкий диапазон входных напряжений;
  • высокая удельная мощность и малые габаритные размеры;
  • отсутствие корпуса (frame open), посадочное место, предназначенное для поверхностного монтажа.

Серия DC-DC преобразователей напряжения AER03

DC-DC преобразователи напряжения серии AER03
Рис. 1. DC-DC преобразователи напряжения «point-of-load» серии AER03

Преобразователи серии AER03 имеют наименьшую выходную мощность из линейки преобразователей «point-of-load» ASTEC (10 Вт), однако вместе стем имеют и миниатюрные размеры: 1"1"0,45" (рис. 1). На сегодняшний день серия представлена одной моделью AER03F05N с выходным напряжением 3,3 В и выходным током 3 А. Входное напряжение AER03F05N может находиться в диапазоне от 4,5 до 5,5 В, а КПД преобразователя составляет 88%. Преобразователь защищен от перегрузок по напряжению и по току и имеет вход дистанционного отключения. Размах шумов и помех на выходе преобразователя не превышают 30мВ, что составляет 1% от выходного напряжения.

Серия DC-DC - преобразователей APA04-APA06

Преобразователи серий APA04-APA06 поставляются в стандартном вертикальном SIP-корпусе с размерами 2,5"0,55"0,31" (рис. 2).Серия APA06 имеет следующий ряд выходных напряжений: 1,5, 1,8, 2,1, 2,5, 3,3 В при выходном токе 6 А.

DC-DC преобразователи напряжения «point-of-load» серийAPA04APA06
Рис. 2. DC-DC преобразователи напряжения «point-of-load» серий APA04APA06

Серия APA04 представлена одной моделью APA04A03 с выходным напряжением 5,0 В и выходным током 4А (табл. 1). Входное напряжение преобразователей находится в диапазоне 3,0–5,5 В (APA06) и3,3–4,0 В (APA04), КПД составляет от 81 до 90%. Серии APA04-APA06 имеют защиту от перегрузок по току, а также возможность дистанционного выключения и подстройки выходного напряжения впределах ±0,5%. Размах шумов и помех на выходе преобразователя не превышает 1% от значения выходного напряжения.

Таблица 1. DC-DC преобразователи напряжения «point-of-load» серии APA06
Таблица 1. DC/DCпреобразователи «point-of-load» серии APA06

* Преобразователь напряжения APA04A03 имеет выходной ток 4,0 А

Серия DC-DC преобразователей напряжения APC08

Особенностью DC-DC преобразователей «point-of-load» серии APC08 является миниатюрная (1,17"0,53"0,28") конструкция, предназначенная для поверхностного монтажа на печатную плату (рис. 3), а также расширенный диапазон входных напряжений.

DC-DC преобразователи напряжения серии APС08
Рис. 3. DC-DC преобразователи напряжения «point-of-load» серии APС08

Ряд выходных напряжений при номинальном выходном токе 8 А: 0,9, 1,2, 1,5, 1,8, 2,5, 3,3В (табл. 2). В зависимости от модели диапазон входных напряжений может быть 1,8–6,0В либо 5,0–13,0 В, что позволяет применять данную серию в широком спектре устройств.

Таблица 2. DC-DC преобразователи напряжения «point-of-load» серии APC08
DC-DC преобразователи напряжения серии APC08

Все модели имеют защиту от перегрузок по току на уровне 1,4 от номинального, входы для дистанционного включения и подстройки выходного напряжения в пределах ±1,5%. КПД преобразователей составляет 70–89% в зависимости от модели. Размах шумов и помех на выходе преобразователей не превышает 75мВ (при выходном напряжении большем 2,5В) и 50мВ (при выходном напряжении меньшем 2,5В).

Преобразователи напряжения серии POLA

Как видно из предыдущей части статьи, продукция «point-of-load» компании ASTEC охватывает практически все сферы применения. Однако для питания современных высокоскоростных устройств часто необходима мощность, превышающая максимально доступную в рассмотренной линейке моделей ASTEC. Выходом может служить параллельное соединение нескольких DC/DC-преобразователей (этот режим работы подробно описан в руководстве по применению), однако это может в разы увеличить стоимость системы питания. В связи с этим компания ASTEC приняла решение расширить модельный ряд DC/DC-преобразователей «point-of-load».

В июне этого года компании ASTEC Power, Texas Instruments и Artesyn Technologies образовали альянс, названный POLA (Point-Of-Load Alliance). Целью этого объединения стала договоренность о разработке и производстве взаимозаменяемых, то есть совместимых по параметрам и посадочному месту источников «point-of-load». Результатом явилась линейка источников питания ATH, особенности которой будут рассмотрены ниже.

Линейка источников ATH включает в себя несколько серий: ATH06 с выходным током 6 А, ATH08/10 с выходным током 8 и 10А, ATH12/15 с выходным током 12 и 15А, ATH18/22 с выходным током 18 и 22А и ATH26/30 c выходным током 26 и 30А (табл. 3). Основными особенностями данной серии являются:

Таблица 3. DC-DC преобразователи напряжения «point-of-load» серии POLA (ATH)
DC-DC преобразователи напряжения серии POLA (ATH)

1 — установка выходного напряжения внешним резистором, 2 — дистанционное управление (включение/выключение), 3 — защита отперегрузок по току, 4 — технология AutoTrack, 5— компенсация падения напряжения на проводах, 6 — защита от перегрева, 7 — входы ступенчатого повышения/понижения выходного напряжения (Margin Up/Down)

  • малые габаритные размеры модулей (серия ATH26/30 имеет габаритные размеры 1,37"×1,12"×0,354")
  • все модели выпускаются как с выводными, так и с BGA (ball-grid array) посадочными местами;
  • выходное напряжение устанавливается в широких пределах выбором номинала внешнего резистора;
  • КПД преобразователей не ниже 92%;
  • размах шумов и помех на выходе преобразователя в диапазоне до 20 МГц непревышает 1% от значения выходного напряжения.
  • технология Auto-Track от компании Texas Instruments, позволяющая одновременно инициализировать несколько источников питания;
  • компенсация падения напряжения на со-единительных проводах;
  • дистанционное управление (включение-выключение);
  • защита от перегрузок по току;
  • защита от перегрева;
  • диапазон рабочих температур: –40… +85°С;
  • диапазон температур хранения: –40… +125°С.

Установка выходного напряжения внешним резистором. Для любого преобразователя серии ATH возможна точная установка выходного напряжения внешним резистором RSET (рис. 4). Рассеиваемая мощность RSET не должна быть меньше 0,1 Вт, а номинал резистора выбирается из стандартного 1% ряда (ТКС не больше 100 ррм/°С). Зависимость выходного напряжения от сопротивления RSET следующая:

где VOUT — выходное напряжение.

Установка выходного напряжения внешним резистором
Рис. 4. Установка выходного напряжения внешним резистором

Таким образом, при отсутствии резистора выходное напряжение будет составлять 1,2 В, при сопротивлении резистора 280 Ом выходное напряжение будет составлять 5,009 В.

Технология Auto-Track. Как известно, многие современные СБИС требуют два иболее различных напряжений питания, при этом их подача должна осуществляться одновременно. Для этого в источниках питания серии ATH предусмотрен специальный аналоговый вход, от величины напряжения на котором линейно зависит выходное напряжение источника. Соединение этих входов у нескольких источников питания позволяет обеспечить одновременное нарастание и спад напряжения на выходе, при этом существует возможность регулирования скорости нарастания и спада. На рис. 5 приведены диаграммы входных и выходных напряжений двух источников, включенных о технологии Auto-Track.

Рис. 5. Технология AutoTrack
Рис. 5. Технология AutoTrack

Компенсация падения напряжения на соединительных проводах. Хотя источники питания типа «point-of-load» и предназначены для монтажа в непосредственной близости от нагрузки, возможны ситуации, когда напряжение на нагрузке будет меньше выходного напряжения источника вследствие падения напряжения на соединительных проводах (дорожках). Это может нарушить режим работы потребителя и привести к отказу конечного устройства. Для исключения такой ситуации в преобразователи серии ATH встроена схема, обеспечивающая компенсацию падения напряжения в пределах 0,3 В.

Дистанционное управление (включение-выключение). Вход дистанционного управления (Inhibit) обеспечивает возможность включения-выключения источника питания в тех приложениях, где это необходимо. Для управления источником необходимо использовать внешний биполярный или полевой транзистор, как показано на рис. 6, так как вход Inhibit подтянут к входному напряжению источника внутренним резистором.

Рис. 6. Дистанционное управление источником питания
Рис. 6. Дистанционное управление источником питания

Защита от перегрузок по току. Встроенная защита от перегрузок по выходному току позволяет сохранить работоспособность источника при аварийных ситуациях (короткое замыкание, выход из строя нагрузки). При увеличении выходного тока выходное напряжение падает до нуля. Для восстановления выходного напряжения необходимо обеспечить источнику номинальный режим работы, при этом отсутствует необходимость в отключении источника от питающего напряжения или в других манипуляциях (перезапуск, и т. д.)

Защита от перегрева. DC/DC-преобразователи напряжения серий ATH18/22 и ATH26/30 имеют встроенный температурный сенсор, позволяющий отслеживать температуру источника. При увеличении температуры выше точки, обусловленной областью безопасной работы (которая зависит от выходного напряжения и тока), выходное напряжение источника падает до нуля. Как только температура источника снижается до точки TC — 10°C, где TC — температура срабатывания защиты, работоспособность источника восстанавливается.

Диапазон рабочих температур. Все источники питания «point-of-load» линейки POLA имеют диапазон рабочих температур –40… +85°С. При этом диапазон температур хранения составляет –40… +125°С, что позволяет применять их в условиях российского климата.

В заключение можно сказать, что продукция типа «point-of-load» компании ASTEC позволяет решить практически любые задачи по питанию как сложных многопроцессорных систем, так и, например, мобильных устройств связи. Большое количество степеней свободы и гибкий способ управления позволяют использовать источники «point-of-load» и в нестандартных приложениях.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке