Квазирезонанс на практике: пятое поколение контроллеров CoolSET

805
В избранное

Компания Infineon разработала пятое поколение специализированных интегральных схем (ИС) семейства CoolSET™, предназначенных для создания обратноходовых преобразователей напряжения в импульсных источниках электропитания (ИИП). Новые модели обеспечивают ускоренный запуск, повышенные эффективность и производительность при изменяющихся нагрузках и входных напряжениях. Cфера применения новых ИС – разнообразная бытовая и офисная техника, серверное и промышленное оборудование.

Последнее, пятое поколение контроллеров ШИМ CoolSET™ производства компании Infineon включает в себя микросхемы с квазирезонансным режимом работы (QR) и фиксированной частотой (FF) преобразования. Микросхемы выпускаются в корпусах типа DSO-12, DSO-8 и DIP-7 (рисунок 1). Есть несколько моделей контроллеров, предназначенных для создания ИИП повышенной мощности с использованием внешних MOSFET.

Новые контроллеры Infineon CoolSETTM

Рис. 1. Новые контроллеры Infineon CoolSETTM

Квазирезонансные контроллеры Infineon CoolSETTM пятого поколения для обратноходовых ИИП

В последнем поколении интегральных преобразователей напряжения CoolSETTM компания Infineon использует контроллер с квазирезонансным алгоритмом управления, обеспечивающим целый ряд преимуществ в процессе работы обратноходовых ИИП.

Ускоренный запуск

Быстрый и надежный запуск новых преобразователей осуществляется благодаря каскадной схеме соединения высоковольтных MOSFET c внутренним регулятором тока. При этом легко реализуется защита от провалов внешнего напряжения питания (Brown in).

 Усовершенствованный режим управления

При колебаниях напряжения в питающей сети преобразователь способен минимизировать разброс частоты коммутации ШИМ за счет использования патентованного адаптивного цифрового алгоритма и увеличенного до 10 значения счетчика состояний перехода через ноль для уровня входного переменного напряжения. Этот инновационный подход позволяет разработчикам ИИП использовать повышенную частоту коммутации, что способствует уменьшению размеров трансформаторов и стоимости набора комплектующих для ИИП. Работа в режиме с пониженной нагрузкой оптимизирована в режиме ABM (Active Burst Mode) с возможностью выбора порогов входа/выхода.

Минимальное тепловыделение

Упростить отвод выделяющегося в процессе работы ИИП тепла позволяет интеграция в едином корпусе с контроллерами CoolSETTM пятого поколения новейших высоковольтных MOSFET из семейства CoolMOSTM P7, выполненных по технологии Super Junction (SJ). Новые контроллеры CoolSETTM выпускаются как для монтажа в отверстия, так и для планарного монтажа, они не требуют использования радиатора для теплоотвода, что экономит пространство внутри блока питания и минимизирует стоимость набора компонентов ИИП.

Расширенный комплект защитных функций

В дополнение к таким традиционным защитам по выходу как защита от короткого замыкания, перегрузки по току и превышения напряжения в пятом поколении контроллеров имеются дополнительные защиты для выявления нештатных состояний на входных шинах питания, включая защиты от превышения и понижения напряжения.

Кроме того, встроенная защитная система еще более усовершенствована за счет возможности замыкания на землю выводов VCC и CS в случае неудачного запуска, чтобы предотвратить повреждение контроллера. А усовершенствованная защита от превышения температуры теперь имеет гистерезис для предотвращения необоснованных сбоев в процессе работы ИИП. Все функции защиты реализованы с автоматическим перезапуском, чтобы минимизировать любые перерывы в работе источников питания.

В таблице 1 представлены основные характеристики микросхем CoolSETтм ICE5QSAG пятого поколения в сравнении с ИС этого же семейства из второго поколения.

Таблица 1. Квазирезонансные контроллеры CoolSETTM второго и пятого поколений

Наименование ICE5QSAG ICE2QS02G ICE2QS03G
Корпус DSO-8 DSO-8 DSO-8
Схема коммутации Квазирезонанс с 10 точками контроля перехода через нуль Квазирезонанс с 7 точками контроля перехода через нуль Квазирезонанс с 7 точками контроля перехода через нуль
Диапазон рабочих температур, °С -40…129 -25…130 -25…130
Ячейка запуска Каскадная +
VCC вкл./выкл, В 16/10 12/11 18/10,5
Энергосбережение в дежурном режиме АВМ в режиме квазирезонанса;
2 выбираемых уровня АВМ; уровень входа/выхода
АВМ, 52 кГц
Цифровое понижение частоты с понижением нагрузки + + +
Длительность гасящего импульса защиты от превышения нагрузки (OLP blanking) Фиксированная Настраиваемая Фиксированная
Таймер повторного автозапуска Через заряд/разряд VCC Установка внешними компонентами Через заряд/разряд Vcc
Ограничение максимальной входной мощности Зависит от напряжения на выводе VIN Настраиваемое резистором ZC Настраиваемое резистором ZC
Защита от пониженного напряжения VCC С автоперезапуском С автозащелкой С автоперезапуском
Настраиваемая защита от превышения выходного напряжения С автоперезапуском С автозащелкой С автозащелкой
Настраиваемая защита от превышения линейного входного напряжения +
Расширение внешнего времени гашения (blanking time) + +
Защита замыканием на землю выводов VCC и CS +

Обобщенная типовая схема ИИП на основе квазирезонансного обратноходового преобразователя Infineon пятого поколения приведена на рисунке 2. В основном она аналогична традиционному обратноходовому преобразователю с оптической развязкой в цепи обратной связи с выхода ИИП, за исключением блока управления в интегральном исполнении, управляющего внешним ключевым транзистором.

Типовая схема включения квазирезонансного обратноходового преобразователя Infineon CoolSETTM пятого поколения

Рис. 2. Типовая схема включения квазирезонансного обратноходового преобразователя Infineon CoolSETTM пятого поколения

В таблице 2 представлены микросхемы квазирезонансных преобразователей пятого поколения со встроенным MOSFET и модель ICE5QSAG с внешним MOSFET.

Таблица 2. Основные параметры квазирезонансных преобразователей CoolSETTM пятого поколения

Наименование Корпус VDC, В RDCon1, Ом РMAX, Вт
(220 В АС ± 20%2)
РMAX, Вт
(85…300 В AC2)
ICE5QR4770AZ PG-DIP-7 700 4,73 27 15
ICE5QR4780AZ PG-DIP-7 800 4,13 28 15
ICE5QR2270AZ PG-DIP-7 700 2,13 41 22
ICE5QR2280AZ PG-DIP-7 800 2,13 41 22
ICE5QR1070AZ PG-DIP-7 700 1,15 58 32
ICE5QR0680AZ PG-DIP-7 800 0,71 74 41
ICE5QR4770AG PG-DSO-12 700 4,73 27 15
ICE5QR1680AG PG-DSO-12 800 1,53 50 27
ICE5QR0680AG PG-DSO-12 800 0,71 77 42
ICE5QSAG DSO-8 Внешний MOSFET 109 603
1 – Типовое значение при температуре перехода выходного транзистора 25°С (при включении нагрузки между корпусом и MOSFET).
2 – Вычисленная выходная мощность для открытой конструкции при TА = 50°C, TJ = 125°C (интегрированный MOSFET) при минимальной площадке под вывод стока транзистора в 2 унции (57 г) меди на односторонней печатной плате. Это значение выходной мощности применимо лишь в целях выбора компонентов. Реальная мощность во многом будет зависеть от особенностей конструкции.
3 – Максимальная выходная мощность ограничена параметрами встроенного транзистора ячейки быстрого запуска микросхемы.

Контроллеры ШИМ с фиксированной частотой CoolSET™ пятого поколения

Среди новых преобразователей CoolSETTM наряду с квазирезонансными моделями широко представлены ИС с фиксированной частотой (FF), отличающиеся пониженным энергопотреблением в дежурном режиме.

Ускоренный запуск

Для ускоренного и безопасного запуска ИИП в новых ИС использованы выполненные в том же корпусе высоковольтные MOSFET с каналом пониженной проводимости (технология SJ) совместно с регулятором тока в каскадной конфигурации. Повышенное входное переменное напряжение (до 350 В) поддерживается также благодаря интеграции транзисторовCoolMOSTM P7 SJ с максимальным напряжением 800 В.

Эффективный режим работы на пониженной частоте

Повышенная эффективность новых контроллеров обеспечивается за счет снижения частоты преобразования в случае значительного понижения тока нагрузки ИИП с регулируемым уровнем входа/выхода в режим ABM.

Интегрированный усилитель ошибки упрощает реализацию в обратноходовых преобразователях цепи обратной связи на первичной стороне преобразователя без использования оптической развязки. Такой подход сокращает количество дискретных компонентов и упрощает конструкцию платы.

Набор защитных функций

В дополнение к стандартным защитам, действующим при критичном повышении на выходе напряжения или тока, вплоть до короткого замыкания, в пятом поколении контроллеров также предусмотрено выявление нештатных состояний и по входу (исключая ICE5ARxxxxBZS). Кроме того, усовершенствована системная защита, с возможностью замыкания на корпус выводов VCC и CS, чтобы предотвратить повреждение контроллера при неудачных условиях запуска. Защита от превышения критической температуры (OTP) работает с гистерезисом, чтобы улучшить управляемость при срабатывании. Чтобы минимизировать простои оборудования в случае отказов по питанию, все типы защит работают с автозапуском.

Использование внешних и встроенных MOSFET на 800 В позволяет работать с первичными источниками переменного электропитания с напряжением, повышенным до 350 В. Внешний MOSFET повышенной мощности позволяет создавать более мощные ИИП. В таблице 3 представлены основные электрические характеристики новых микросхем этого семейства с фиксированной частотой.

Таблица 3. Основные характеристики преобразователей CoolSETтм пятого поколения с фиксированной частотой

Наименование ICE5ASAG ICE5GSAG
Корпус DSO-8
Частота коммутации, кГц 100 125
Диапазон рабочих температур, °С -40…129
Ячейка запуска Каскадная
Порог вкл./выкл. VCC, В 16/10
Время мягкого запуска, мс 12
Плавающая (jitter) частота +
Модулированный затвор управления +
Режим АВМ + (3 выбираемых уровня)
Компенсация наклоном (Slope) для CCM (в режиме непрерывной проводимости) +
Понижение частоты +
Интегрированный усилитель ошибки для непосредственной обратной связи +
Настраиваемая защита от превышения напряжения по входу + с автоперезапуском
Настраиваемая защита от провалов напряжения по входу (brown in) + с автоперезапуском
Защита замыканием на землю вывода CS + с автоперезапуском
Защита замыканием на землю вывода VCC + (нет запуска)
Защита от понижения напряжения на VCC + с автоперезапуском
Защита от превышения напряжения на VCC + с автоперезапуском
Защита от перегрузки/разомкнутой обратной связи + с автоперезапуском
Защита от превышения температуры + с автоперезапуском и гистерезисом
Расширение внешнего гашения (external blanking time)
Вывод разрешения внешней защиты

На рисунке 3 представлена типовая схема ИИП с регулированием по первичной стороне на основе обратноходового преобразователя CoolSETTM с фиксированной частотой.

Типовая схема включения обратноходового преобразователя CoolSETTM с фиксированной частотой, с цепью обратной связи по первичной стороне, без гальванической развязки

Рис. 3. Типовая схема включения обратноходового преобразователя CoolSETTM с фиксированной частотой, с цепью обратной связи по первичной стороне, без гальванической развязки

В таблице 4 представлен перечень контроллеров CoolSETTM пятого поколения с фиксированной частотой.

Таблица 4. Основные параметры CoolSETTM пятого поколения с фиксированной частотой

Наименование Корпус VDC, В RDCon1, Ом FSW, кГц Рmax, Вт
(220 В АС ± 20%2)
Рmax, Вт
(85…300 В AC2)
ICE5AR4770AG PG-DSO-12 700 4,73 100 27 15
ICE5GR4780AG PG-DSO-12 800 4,13 125 27,5 15
ICE5GR2280AG PG-DSO-12 800 2,13 125 41 23
ICE5GR1680AG PG-DSO-12 800 1,53 125 48 27
ICE5AR0680AG PG-DSO-12 800 0,71 100 68 40
ICE5AR4770BZS PG-DIP-7 700 4,73 100 26,5 14,5
ICE5AR4780BZS PG-DIP-7 800 4,13 100 27,5 15
ICE5AR0680BZS PG-DIP-7 800 0,71 100 66 39
ICE5ASAG DSO-8 Внешний MOSFET  100 108 60
ICE5GSAS DSO-8 Внешний MOSFET  125 108 60
1 – Типовое значение при температуре перехода выходного транзистора 25°С (при включении нагрузки между корпусом и MOSFET).
2 – Вычисленная выходная мощность для открытой конструкции при TА = 50°C, TJ = 125°C (интегрированный MOSFET) при минимальной площадке под вывод стока транзистора в 2 унции (57 г) меди на односторонней печатной плате. Это значение выходной мощности применимо лишь в целях выбора компонентов. Реальная мощность во многом будет зависеть от особенностей конструкции.

Отладочные наборы для контролеров серии CoolSETтм пятого поколения

В таблице 5 представлен перечень демонстрационных плат с различными контроллерами CoolSETТМ пятого поколения и основные параметры этих плат, что помогает выбрать подходящее решение для стоящих перед разработчиком задач.

Таблица 5. Демоплаты с контроллерами CoolSETтм пятого поколения

Наименование демоплаты Корпус микросхемы Напряжение ключа, В Выходы Краткое описание
DEMO5AR0680AG44W1TOBO1 DSO-12 800 44 Вт; 12 В ИИП с фиксированной частотой 100 кГц, режим CCM
DEMO5AR0680BZS44W1TOBO1 DIP-7 800 44 Вт; 12 В ИИП с фиксированной частотой 100 кГц, режим CCM
DEMO5AR4770AG14W1TOBO1 DSO-12 700 14,5 Вт;
15 В и 5 В
ИИП c фиксированной частотой 100 кГц, режим DCM
DEMO5AR4780BZS14W1TOBO1 DIP-7 800 14,5 Вт;
15 В и 5 В
ИИП c фиксированной частотой 100 кГц, режим DCM
DEMO5ASAG60W1TOBO1 DSO-8 700, внешний ключ IPA80R600P7 60 Вт;
12 В и 5 В
ИИП с фиксированной частотой 100 кГц, режим DCM
DEMO5GR1680AG27W1TOBO1 DSO-12 800 27 Вт;
12 В и 5 В
ИИП c фиксированной частотой 125 кГц, режим DCM
DEMO5GR2280AG22W1TOBO1 DSO-12 800 22 Вт;
12 В и 5 В
ИИП c фиксированной частотой 125 кГц, режим DCM
DEMO5GR4780AG14W1TOBO1 DSO-12 800 14,5 Вт;
15 В и 5 В
ИИП c фиксированной частотой 125 кГц, режим DCM
DEMO5GSAG60W1TOBO1 DSO-8 800,
внешний ключ IPA80R650CE
60 Вт; 19 В ИИП c фиксированной частотой 125 кГц, режим DCM
DEMO5QR0680AG42W1TOBO1 DSO-12 800 42 Вт;
12 В и 5 В
ИИП с квазирезонансным режимом работы
DEMO5QR0680AZ42W1TOBO1 DIP-7 800 42 Вт;
12 В и 5 В
ИИП с квазирезонансным режимом работы
DEMO5QR1680AG27W1TOBO1 DSO-12 800 27 Вт;
12 В и 5 В
ИИП с квазирезонансным режимом работы
DEMO5QR2270AZ24W1TOBO1 DIP-7 700 24 Вт;
12 В и 5 В
ИИП с квазирезонансным режимом работы
DEMO5QR2280AZ24W1TOBO1 DIP-7 800 24 Вт;
12 В и 5 В
ИИП с квазирезонансным режимом работы
DEMO5QR4770AG15W1TOBO1 DSO-12 700 15 Вт;
12 В и 5 В
ИИП с квазирезонансным режимом работы
DEMO5QR4770AZ16W1TOBO1 DIP-7 700 16 Вт;
12 В и 5 В
ИИП с квазирезонансным режимом работы
DEMO5QR4780AZ16W1TOBO1 DIP-7 800 16 Вт;
12 В и 5 В
ИИП с квазирезонансным режимом работы
REF5AR4770BZS15W1TOBO1 DIP-7 700 15 Вт; 12 В ИИП c фиксированной частотой 100 кГц, режим DCM
REF5AR4770BZS8W1TOBO1 DIP-7 700 8 Вт;
12 В и 5 В
ИИП c фиксированной частотой 100 кГц, режим DCM
REF5QR1070AZ33W1TOBO1 DIP-7 700 33 Вт;
12 В и 5 В
ИИП с квазирезонансным режимом работы

Автоматизированный расчет параметров схем ИИП

Для дальнейшего упрощения процесса проектирования ИИП на основе контроллеров CoolSETтм компания Infineon предоставляет удобные калькуляторы в формате Excel, которые автоматически рассчитывают отдельные параметры схемы по заданным исходным требованиям. В числе прочего имеется детальный расчет трансформатора, что порой особенно важно в процессе разработки.

Загрузив файлы в привычном формате электронных таблиц, разработчик получает удобные инструменты для:

Заключение

Компания Infineon постоянно обновляет модельный ряд своих полупроводниковых компонентов для разработки ИИП, совершенствует уже имеющиеся решения. С появлением микросхем пятого поколения из семейства CoolSETTM и новых MOSFET CoolMOSTM P7 разработка надежных и эффективных источников питания становится еще более простой и доступной.

Хочется надеяться, что данная статья позволит разработчикам лучше ориентироваться во всем многообразии современных полупроводниковых компонентов и решений компании Infineon для создания ИИП.

Производитель: Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
ICE2QS02GXUMA1
ICE2QS02GXUMA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2114167 PDF AN RD RND
Доступно: 882 шт.
Выбрать
условия
поставки
PWM CONTROLLER, 25V, SOIC-8
ICE2QS02GXUMA1 от 12 шт. от 135,05
882 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
ICE5QSAGXUMA1
ICE5QSAGXUMA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2265426 ИНФО PDF AN RD DT
Доступно: 1327 шт. от: 41.1 руб.
AC/DC Converters
ICE5QSAGXUMA1 41,10 от 95 шт. 35,20 от 211 шт. 31,70 от 456 шт. 29,30 от 1198 шт. 27,90
216 шт.
(на складе)
1111 шт.
(под заказ)
ICE5QR0680AZXKLA1
ICE5QR0680AZXKLA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2286920 ИНФО PDF AN RD DT
Доступно: 547 шт. от: 69 руб.
ICE5QR0680AZXKLA1 - AC/DC Converters .DP LITE COOLSET
ICE5QR0680AZXKLA1 69,00 от 27 шт. 69,00 от 50 шт. 69,00 от 150 шт. 69,00 от 350 шт. 69,00
395 шт.
(на складе)
152 шт.
(под заказ)
ICE5QR1680AGXUMA1
ICE5QR1680AGXUMA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2286921 ИНФО PDF AN RD DT
Доступно: 717 шт. от: 41.8 руб.
AC/DC Converters .DP LITE COOLSET
ICE5QR1680AGXUMA1 41,80 от 36 шт. 41,80 от 79 шт. 41,80 от 170 шт. 41,80 от 447 шт. 41,80
474 шт.
(на складе)
243 шт.
(под заказ)
ICE5QR4770AGXUMA1
ICE5QR4770AGXUMA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2286923 ИНФО PDF AN RD DT
Доступно: 890 шт. от: 26.9 руб.
AC/DC Converters. DP LITE COOLSET
ICE5QR4770AGXUMA1 26,90 от 55 шт. 26,90 от 123 шт. 26,90 от 264 шт. 26,90 от 695 шт. 26,90
485 шт.
(на складе)
405 шт.
(под заказ)
ICE5QR4780AZXKLA1
ICE5QR4780AZXKLA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2286925 ИНФО PDF AN RD
Доступно: 799 шт. от: 32.4 руб.
AC/DC - регулятор со встроенным MOSFET напряжением 800 В и сопротивлением канала 0,6 Ом.
ICE5QR4780AZXKLA1 32,40 от 50 шт. 32,40 от 100 шт. 32,40 от 200 шт. 32,40 от 600 шт. 32,40
484 шт.
(на складе)
315 шт.
(под заказ)
DEMO5QR4780AZ16W1TOBO1
DEMO5QR4780AZ16W1TOBO1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2560921 ИНФО PDF RD
Доступно: 6 шт. от: 3460 руб.
Демонстрационная плата 16 Вт 2-канального импульсного источника питания на основе контроллера Infineon ICE5QR4780AZ со встроенным 800 В MOSFET.
DEMO5QR4780AZ16W1TOBO1 3460,00 от 2 шт. 3460,00 от 4 шт. 3460,00 от 6 шт. 3460,00 от 14 шт. 3460,00
2 шт.
(на складе)
4 шт.
(под заказ)
DEMO5QR4770AZ16W1TOBO1
DEMO5QR4770AZ16W1TOBO1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2560922 ИНФО PDF RD
Доступно: 1 шт. от: 4190 руб.
Демонстрационная плата импульсного источника питания на основе контроллера Infineon  ICE5QR4770AZ.
DEMO5QR4770AZ16W1TOBO1 4190,00 от 2 шт. 4190,00 от 4 шт. 4190,00 от 8 шт. 4190,00 от 14 шт. 4190,00
1 шт.
(на складе)
ICE5AR0680AGXUMA1
ICE5AR0680AGXUMA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2611809 ИНФО PDF AN RD DT
Доступно: 181 шт.
Выбрать
условия
поставки
Switching Controllers AC/DC COOLSET
ICE5AR0680AGXUMA1 от 1 шт. от 368,09
181 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
ICE5AR0680BZSXKLA1
ICE5AR0680BZSXKLA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2611810 ИНФО PDF AN RD DT
Доступно: 302 шт.
Выбрать
условия
поставки
Switching Controllers AC/DC COOLSET
ICE5AR0680BZSXKLA1 от 1 шт. от 220,77
302 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
ICE5AR4770AGXUMA1
ICE5AR4770AGXUMA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2611811 ИНФО PDF AN RD DT
Доступно: 345 шт.
Выбрать
условия
поставки
Switching Controllers AC/DC COOLSET
ICE5AR4770AGXUMA1 от 1 шт. от 193,07
345 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
ICE5AR4770BZSXKLA1
ICE5AR4770BZSXKLA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2611812 ИНФО PDF AN RD DT
Доступно: 567 шт.
Выбрать
условия
поставки
Switching Controllers AC/DC COOLSET
ICE5AR4770BZSXKLA1 от 1 шт. от 117,70
567 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
ICE5AR4780BZSXKLA1
ICE5AR4780BZSXKLA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2611813 ИНФО PDF AN RD DT
Доступно: 457 шт.
Выбрать
условия
поставки
Switching Controllers AC/DC COOLSET
ICE5AR4780BZSXKLA1 от 1 шт. от 145,92
457 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
ICE5GR2280AGXUMA1
ICE5GR2280AGXUMA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2611816 ИНФО PDF AN RD DT
Доступно: 277 шт. от: руб.
Switching Controllers AC/DC COOLSET
ICE5GR2280AGXUMA1 от 1 шт. от 240,29
30 шт.
(на складе)
247 шт.
(под заказ)

Сравнение позиций

  • ()