Интегрированные
ИС питания от компании International Rectifier
Сегодня телекоммуникационные и сетевые
приложения идут по пути улучшения своих функций. Вместе с увеличением ресурсных
показателей растет и потребление тока. многие производители полупроводниковых
приборов для источников питания разрабатывают новые, более эффективные ИС и
транзисторы. Но в результате эти решения оказываются более громоздкими и
неэффективными по сравнению со своими дискретными аналогами. Компания
International Rectifier избрала путем своего развития разработку как новых и
эффективных полупроводниковых приборов, так и интегрированных источников
питания. В данной статье читателю предлагается ознакомиться с основными свойствами
ИС семейств iPOWIR™ и SupIRBuck интегрированных преобразователей напряжения.
СЕМЕЙСТВО iPOWIR™
Семейство iPOWIR™ разработано для применения
в сетевых и теле¬коммуникационных приложениях, к которым предъявляются высокие
требования как по защите потребителей от различного рода аварийных ситуаций,
так и экономические. Все приборы семейства iPOWIR™ обеспечивают следующие виды
защит: токовая перегрузка, перегрев, перенапряжение. Также обеспечивается
возможность внешней синхронизации, индикация корректности выходного напряжения,
функция плавного старта. Семейство iPOWIR™ чаще всего используют в
двухкаскадных архитектурах распределенного питания. Входное напряжение может
подаваться как от изолированного источника питания, так и от
нестабилизированного источника питания постоянного напряжения. Приборы данного
семейства являются полностью оптимизированными полнофункциональными
одноканальными синхронными понижающими преобразователями с током нагрузки 15 А.
КПД таких преобразователей достигает до 90 % при полной нагрузке. В приборах
данного класса применена запатентованная технология корпусирования, делающая
возможным двустороннее охлаждение корпуса. Как следствие — получение низкого
теплового сопротивления между кристаллом и корпусом, а также между кристаллом и
печатной платой, что обеспечивает максимально возможную нагрузочную способность
по току.
Одним из ярких представителей данного
семейства является iP1203. Данная ИС преобразователя напряжения представляет
собой гибкое решение, которое позволяет получать выходное напряжение в
диапазоне от 0.8 до 8 В при диапазоне входного напряжения от 5.5 до 13.2 В.
iP1203 включают в себя полнофункциональный ШИМ-контроллер, силовые
МОП-транзисторы и пассивные компоненты, обеспечивая при этом превосходную
выходную мощность. Внутренние компоненты отличаются отличными температурными
свойствами, что позволяет выбирать преобразователь напряжения без какого-либо
запаса по температуре. На рис. 1 представлена внутренняя схема, а на рис.
2 приведен внешний вид однофазного конвертора напряжения семейства iP1203.
Рисунок
1. Внутренняя схема однофазного конвертора напряжения семейства IP1203
Рисунок
2. Внешний вид однофазного конвертора напряжения семейства IP1203
Для более точной настройки выходного
напряжения семейство iPOWIR™ содержит преобразователь iP1001, который имеет
внутреннюю структуру, подобную структуре IP1203. Отличие заключается лишь в
наличии 5-битного цифроаналогового преобразователя, позволяющего устанавливать
выходное напряжение с погрешностью 1 % в диапазоне от 0.9 до 1.8 В, внешняя
установка — до 3.3 В.
Прибор IP2003A семейства iPOWIR™ — это
полностью оптимизированный миниблок для многофазных сильноточных понижающих
синхронных конверторов с диапазоном входных напряжений от 3 до 13.2 В. Он
ориентирован на работу с силовыми шинами низкого напряжения и в коммуникационных
системах передачи данных. Как член семейства iPOWIR™, IP2003A интегрирует
полупроводниковые и пассивные компоненты в одном компактном плоском корпусе
типа LGA (land grid array). Структура включает в себя драйвер синхронного
выпрямителя, МОП-транзисторы верхнего и нижнего уровней и диод Шоттки,
примененный в синхронном выпрямителе для снижения потерь во время паузы. Прибор
способен работать на частотах 300 кГц–1 МГц при продолжительной токовой
нагрузке до 40 А, которая не снижается при температуре корпуса вплоть до 100 °C. Диапазон выходных
напряжений составляет от 0.8 до 3.3 В.
Высокая рабочая частота и токовая нагрузка
являются серьезным преимуществом iP2003A по отношению к техническим решениям на
дискретных компонентах, поскольку дают возможность улучшить динамические
характеристики, снизить площадь печатной платы, уменьшить габариты выходных
фильтров и снизить цену реализации. При применении совместно со стандартным
многофазным ШИМ-контроллером iP2003A позволяет достичь в четырехфазной конфигурации
конвертора выходной ток 160 А при снижении площади печатной платы на 55 % по
сравнению с эквивалентным решением на МОП-транзисторах в корпусах SO-8 с
улучшенными тепловыми характеристиками. Кроме того, поскольку iP2003A
интегрирует в себе все критичные для фазы конвертора силовые полупроводниковые
и пассивные компоненты, значительно снижается сложность и время разработки
топологии печатной платы по сравнению с вариантом на дискретных приборах.
Единственными внешними компонентами, которые необходимо добавить для реализации
многофазного конвертора семейства iPOWIR™, являются ШИМ-контроллер, входные и
выходные конденсаторы и выходные дроссели.
На рис. 3 представлены внутренняя схема двухфазного DC/DC
преобразо¬вателя iP1201/iP1202 и схема его включения. Перечень основных
параметров преобразователей напряжения iPOWIR приведен в табл. 1.
Рисунок
3. Внутренняя схема двухфазного DC/DC преобразователя iP1201/iP1202 (а) и схема
его включения (б)
Рисунок
4. Плата телекоммуникационного блока питания мощностью 75 Вт
На рис. 4 приведен пример применения
приборов семейства iPOWIR™. Плата, представленная на рис. 4, позволяет
обеспечить стабильным напряжением три типа сильноточной нагрузки. Входная цепь
позволяет подключить две шины питания постоянного тока для реализации функции
резервного питания в случае исчезновения напря¬жения на основной шине. В качестве
головного узла для реализации данной функции установлен контроллер активного
Oring узла — IR5001. В случае, если напряжение на плату подается от одного
источника питания, то на плате предусмотрен отдельный вход, и в этом случае
контроллер IR5001 обеспечивает защиту от неверной полярности подключения. В
качестве понижающего преобразователя применена ИС мостового конвертор шины
постоянного тока — IR2086S. Данный контроллер обеспечивает нерегулируемое
пониженное напряжение 8 В на выходе и защиту от короткого замыкания. Для
точного понижения напряжения до требуемого уровня на плате установлен DC/DC
преобразователь — iP1202.
Преобразователь под номером 1 обеспечивает
напряжение питания — 5 и 3.3 В, а преобразователь 2 работает на общую фазу, при
этом на выходе обеспечивается напряжение 2.5–12 А. Для обеспечения данных
показателей плата включает в себя 6 слоев, радиаторы при этом не используются.
СЕМЕЙСТВО SupIRBuck
Не так давно компания International Rectifier
анонсировала новую серию интегрированных преобразователей средней мощности,
назвав семейство SupIRBuck. Отличительной особенностью приборов данного
семейства от выпускаемых ранее является наличие широкого диапазона входного
напряжения от 2.5 до 21 В, схема синхронного преобразователя позволяет увеличить
плотность расположения компонентов. Применение данного типа регуляторов имеет
смысл там, где эффективность применения и высокая плотность исполнения изделия
являются первоочередными задачами. Именно эти аргументы предшествовали выпуску
серии преобразователей SupIRBuck.
ИС IR38xx предназначены для применения в
качестве POL (point of-load) преобразователей телекоммуникационных и сетевых
приложений. В корпус IR38xx вмонтированы полевые транзисторы, кристаллы которых
выполнены по технологии HEXFET, и интегральная схема высокоэффективного
синхронного контроллера. ИС IR38xx выполнена в компактном QFN 5 × 6 мм корпусе. Это позволяет
сократить на 70 % размер преобразователя по сравнению с дискретным аналогом и
увеличить
КПД на 8–10 %. Приборы данного семейства
предназначены для работы с нагрузкой 4, 7, 12 А, при этом частота ШИМ
обеспечивается на уровне 600 кГц. Минимальное выходное напряжение может быть
обеспечено на уровне 0.6 В. Приборы данного класса включают следующие функции:
плавный старт, фиксированная частота ШИМ на уровне 600 кГц, функция икающего
тока для защиты от короткого замыкания, прецизионное регулирование выходного
напряжения. Также контроллеры данного семейства обеспечивают выход аварийной
работы устройства для обеспечения логики управления и вход программирования
подаваемой мощности в нагрузку. Работа внутреннего контроллера предусматривает
температурную зависимость выходного напряжения, что дает возможность
автоматически поддерживать выходное напряжения во всем рабочем диапазоне
температур.
Схема включения контроллера приведена на рис.
5, внешний вид корпуса семейства SupIRBuck IR38xx — на рис. 6. В табл.
2 представлены основные параметры семейства SupIRBuck IR38xx.
Рисунок
5. Схема включения контроллера
Рисунок
6. Внешний вид корпуса семейства SupIRBuck IR38xx
XPhase
Архитектура XPhase является распределенной,
многофазной архитектурой, которая состоит из управляющей и фазной ИС,
обменивающихся информацией по простой унифицированной аналоговой 5-проводной
шине. Фазы могут быть добавлены в конвертор или удалены из него без нарушения
тополо¬гии конвертора. Аналоговая 5-проводная шина используется для передачи
опорного напряжения, информации для тактирования фаз, информации о средней
величине тока, информации с выхода усилителя ошибки и цифрового кода выходного
напряжения. В результате перехода от традиционного варианта с прямыми связями
между управляющей и фазной ИС к применению 5-проводной шины снижается число
связей, уровень паразитных индуктивностей и шумов. Это упрощает топологию
печатной платы и повышает надежность работы конвертора. Одним из ярких
представителей ИС управления фазой является IR3086A. Данная ИС разработана для
повышения плотности энергии и эффективности модулей регулирования напряжения
сетевых и прочих вычислительных систем. При увеличении числа фаз с 5 до 7
снижается ток в каждой фазе, что позволяет применять менее габаритные дроссели
и конденсаторы в выходном каскаде. Но, вследствие параллельного соединения фаз,
мощность на выходе остается аналогичной до преобразования. В результате, это
дает возможность уменьшить площадь печатной платы на 25 %.
Семифазный конвертор на базе IR3084 и
DirectFET транзисторах IRF6617 и IRF6691 обеспечивает КПД 88 % и при полной
нагрузке 170 А не требует радиатора.
В ИС предусмотрена возможность
программирования частоты генератора в диапазоне от 150 кГц до 1 MГц,
дистанционная оценка температуры, измерение тока без потерь с программируемой
«икающей» (hiccup) защитой от перегрузки по току.
Основные параметры семейства X-Pfase,
приведены в табл. 3.
Дополнительную информацию по применению ИС
интегрированных преобразователей напряжения вы можете найти на сайте компании
производителя www.irf.com или получить, обратившись в офис официального
дистрибьютора — Rainbow Technologies (ооо «РтеК»): тел./факс: (044) 520-04-77,
520-04-78, 520-04-79 www.rainbow.com.ua
Источник:
http://integral.rv.ua/IR8.htm 
