LT8361 oddělující nový spínací regulátor od analogových zařízení
Tento článek pojednává o Analog Devices LT8361, nízkém IQ přepínacím regulátoru, který podporuje topologii boost, SEPIC a reverse.
LT8361 je spínací regulátor s rozsahem vstupního napětí 2,8 V až 60 V. Podle datového listu LT8361 je nejvhodnější pro následující aplikace:
- Průmyslový a automobilový průmysl
- Telekomunikace
- Lékařské diagnostické zařízení
- Přenosná elektronika
V nastavení „Burst Mode“ může zařízení pracovat s klidovým proudem přibližně 9 $$. Obsahuje robustní integrovaný vypínač, který podporuje jmenovité hodnoty výstupního napětí 100 V a proudu 2 A.
LT8361 spoléhá na jeden zpětnovazební kolík pro pozitivní i negativní výstupy a k dosažení vyššího výkonu EMI využívá frekvenční modulaci s rozprostřeným spektrem (SSFM).
V následujících částech prozkoumáme některé části datového listu a probereme nejvýznamnější funkce a mechanismy zařízení.
Blokové schéma
Blokové schéma LT8361 je znázorněno na obrázku 1 níže.
Obrázek 1. S laskavým svolením analogových zařízení. Klikni pro zvětšení.
Proces převodu základního upgradu
Nejprve se podívejme na základní myšlenku převaděče podpory nahrazením LT8361 přepínačem představovaným M1, jak je znázorněno na obrázku 2 níže.
Všimněte si, že tento model neobsahuje mechanismus zpětné vazby potřebný k řízení časování vypnutí. Komentářům se budeme věnovat v další části.
Obrázek 2. Schéma základního základního převaděče.
Účelem převodníku je vyvinout a udržovat konstantní výstupní napětí $$ V_ {OUT} $$ větší než vstupní napětí $$ V_ {IN} $$.
Výstupní napětí lze ovládat přerušovaným otevíráním a zavíráním spínače aplikovaného tranzistorem M1 na obrázku 2. Všimněte si, že dioda D zabraňuje vybití kondenzátoru $$ C_ {OUT} $$. M1. Obvody převodníku tedy nabijí pouze tento kondenzátor.
Nejprve se otevře M1 a proud proudí z induktoru ze vstupu $$ V_ {IN} $$ na zem. Tento pohyb ukládá v induktoru určitou energii ve formě magnetického pole. Pak otevřeme klíč. Víme, že proud protékající induktorem se nemůže okamžitě změnit; Energie v magnetickém poli vytváří napětí, které nabíjí kondenzátor. Hodnota výstupního napětí je určena proudem nuceným protékat induktorem.
Jak můžeme zkontrolovat hodnotu proudu induktoru? Toho lze dosáhnout kontrolou otevírací doby. Pokud necháme spínač otevřený po dlouhou dobu, protéká induktorem velmi velký proud (induktory fungují jako zkrat, když je na ně dlouhodobě přivedeno stejnosměrné napětí). Můžeme tedy řídit vypínací čas pro řízení proudu induktoru a tedy výstupního napětí.
Všimněte si, že kondenzátor může být vybit zátěží, která má být připojena k výstupu, budeme muset pravidelně zapínat spínač a nabíjet kondenzátor. Proto budeme potřebovat obvod zpětné vazby, který periodicky snímá výstupní napětí a generuje signál modulovaný šířkou pulzu (PWM), aby přesně řídil časování spínání. Tímto způsobem můžeme zajistit, že napětí kondenzátoru zůstane konstantní.
Nyní, když máme základní znalosti o převaděči posilovače, pojďme se podívat na další části blokového diagramu na obrázku 1.
Zpětná vazba, která udržuje výstup v regulaci
Jak je uvedeno výše, je zapotřebí obvod zpětné vazby pro snímání výstupního napětí a odpovídající regulaci časování vypnutí. Hlavní bloky zpětnovazební cesty LT8361 jsou znázorněny na obrázku 3.
Obrázek 3. Důležité bloky v cestě zpětné vazby LT8361. Klikni pro zvětšení.
Jak je znázorněno na tomto obrázku, výstup $$ V_ {OUT} $$ se aplikuje na dělič napětí vytvořený R1 a R2. Proto napětí na pinu FBX
$$ V_ {FBX} = frac {R2} {R1 + R2} krát V_ {OUT} $$
Rovnice 1
Toto napětí je přivedeno na dva poruchové zesilovače, které jsou na obrázku označeny A1 a A2. Existuje blok „CHYBA VÝBĚRU ZESILOVAČE“, který staví A1 nebo A2 do cesty zpětné vazby. Chybové zesilovače porovnávají napětí na pinu FBX s interním referenčním napětím (1,60 V nebo -0,8 V podle toho, který chybový zesilovač je vybrán).
Prozatím předpokládejme, že A1 je umístěn v cestě zpětné vazby. Proto bude $$ V_ {FBX} $$ dané rovnicí 1 porovnáno s 1,60 V. Jak si dokážete představit, interní referenční napětí je ve skutečnosti naše požadovaná hodnota nebo požadovaná hodnota pro $$ V_. {FBX} $ PS $$ V_ {FBX} $$ snižuje (zvyšuje) napětí kolíku A1 $$ V_C $$, když je větší (menší) než 1,60V.
Na obrázku 3 je další komparátor, „PWM COMPARATOR“, označený A5. Tím se porovná výstup komparátoru A4 s $$ V_C $$ (pro jednoduchost ignorujeme “SLOPE”). Výstupem A4 je napětí úměrné proudu procházejícímu spínačem (nebo stejně úměrné proudu protékajícímu induktorem, když je spínač otevřený). Všimněte si, že vstup A4 je napětí na rezistoru $$ R_ {SENSE} $$ v sérii s přepínačem. A5 tedy porovnává napětí, které je úměrné proudu induktoru, s $$ V_C $$. Když proud induktoru překročí určitou úroveň, “PWM COMPARATOR” alarm a sepne kontakt.
Pokud použijeme chybový zesilovač A2, bude žádaná hodnota pro pinové napětí FBX -0,8 V a převodník bude v inverzní konfiguraci.
Všimněte si sériové rezistor-kondenzátorové sítě připojené ke kolíku $$ V_C $$. Tato síť kompenzuje zpětnou vazbu. Ovlivňuje stabilitu a přechodnou odezvu systému. Musíme ověřit stabilitu systému pro různé provozní podmínky, jako jsou různé zatěžovací proudy a vstupní napětí v celém zahrnutém teplotním rozsahu.
Podrobnosti o tom, jak vybrat příslušné hodnoty pro kompenzační síť, najdete v datovém listu zařízení.
Změnit frekvenci
LT8361 používá k určení frekvence signálu PWM oscilátor. Frekvenci oscilátoru zobrazenou ve středu blokového diagramu na obrázku 3 výše lze naprogramovat připojením rezistorů s různými hodnotami k pinu RT.
Frekvence oscilátoru se pohybuje od 300 kHz do 2 MHz v závislosti na hodnotě odporu RT. Datový list poskytuje rovnici pro nalezení požadované hodnoty odporu pro danou frekvenci oscilace.
Interní regulátor
LT8361 obsahuje lineární regulátor s nízkým poklesem, který zajišťuje regulované napájení 3,2 V pro vnitřní zatížení čipů. Jeho spojení s lineárním regulátorem a dalšími bloky lze snadněji vidět na obrázku 4.
Obrázek 4. Klikni pro zvětšení.
Vysoké přechodové proudy odebírané výkonovým budičem MOSFET brány jsou napájeny interním regulátorem 3,2 V. Za tímto účelem budeme muset obejít kolík INTVCC s nízkým ESR kondenzátorem 1 – $$ mu F $$. světu. Mějte také na paměti, že regulátor 3,2 V může získávat energii ze vstupu $$ V_ {IN} $$ nebo z pinu BIAS. Podrobnosti najdete v datovém listu.
Ochrana proti selhání
LT8361 má několik mechanismů ochrany proti poruchám. Například když proud induktoru stoupne nad určitou úroveň, zesilovač A7 nastaví signál „NADPROUD“ na obrázku 3. Tím je poháněn tranzistor M2 a vývod SS je vybitý. Tím se z tranzistoru Q1 vytáhne pin $$ V_C $$ dolů. Vzhledem k naší diskusi se zpětnovazební smyčkou LT8361 víme, že snížení hodnoty $$ V_C $$ zabrání otevření vypínače napájení M1 (protože malý proud přes induktor vytvoří kladné napětí na výstupu A4 a spustí „PWM COMPARATOR“).
V LT8361 se nacházejí další mechanismy ochrany proti poruchám. Například, jak je znázorněno na obrázku 1, na kolíku $$ INTV_ {CC} $$ je stav podpětí a nastavitelný signál UVLO tepelného blokování, kde teplota spojení překročí 170 $$ ^ {circ} C $$. To zapne tranzistor M2 a nakonec zabrání zapnutí vypínače podobně jako v případě nadproudu induktoru.
Provozní režimy výbuchu
Když je LT8361 připojen k lehké zátěži, je zapotřebí méně proudových pulzů, aby byl výstup udržován v regulaci. V takových případech můžeme zařízení použít v provozním režimu Burst, kde se sníží frekvence proudových pulzů a po každém aktuálním pulzu se sleduje doba spánku. Během pohotovostního režimu zařízení účtuje pouze 9 $$ nebo A $$. Proto může LT8361 poskytovat vyšší účinnost v lehkém provozu. Obrázek 5 ukazuje frekvenci roztržení versus zátěžový proud.
Obrázek 5. S laskavým svolením analogových zařízení.
Jak je znázorněno na tomto obrázku, u zatěžovacích proudů pod přibližně 40 mA snižuje zatěžovací proud pokles spínací frekvence. Jak se spínací frekvence snižuje, zařízení bude mít delší dobu spánku.
Výkon EMI
LT8361 využívá k dosažení vyššího výkonu EMI frekvenční modulace s rozprostřeným spektrem (SSFM). Další informace naleznete v datovém listu.
V tomto článku se podíváme na některé z nejdůležitějších funkcí Analog Devices LT8361. Pokud máte zkušenosti s tímto spínacím regulátorem nebo jinými podobnými částmi, dejte nám prosím vědět v komentářích níže.
