Vítejte, dnes je
sobota 27.
duben
2024
Odborný časopis a portál zaměřený na vývoj a výrobu elektroniky Napájecí moduly jsou na trhu již mnoho let. Napájecí modul je zapouzdřený, většinou spínaný zdroj, který lze jednoduše zapájet do DPS a který plní funkci převodu vstupního napětí na stabilizované napětí výstupní. Ve srovnání s IO spínacího regulátoru, kde jsou na čipu obvykle integrovány pouze kontrolér a výkonové spínače, má napájecí modul integrovánu i řadu pasivních součástek. Výraz „napájecí modul“ se obvykle používá v případě, kdy je na čipu integrována indukčnost. Obr. 2 ukazuje nezbytné součástky snižujícího spínacího regulátoru (topologie BUCK). Čárkovanou čarou jsou vyznačeny IO spínacího regulátoru a napájecího modulu. Výrobce napájecího modulu zajišťuje veškerou práci spojenou s vývojem obvodů pro převod napětí, takže uživatel nemusí být odborníkem v oblasti spínaných zdrojů. Tohle ale není jediná výhoda. Díky vysokému stupni integrace modulu mohou být rozměry celého spínaného zdroje obzvláště malé.
Spínací regulátory přirozeně vyzařují elektromagnetické rušení, jelikož k jejich činnosti je třeba změn s vysokou hodnotou di/dt při relativně vysokém kmitočtu. Elektromagnetická kompatibilita je často povinnou a kritickou konstrukční úlohou v oblasti zpracování signálu v zařízeních pro lékařství, vf transceiverech a ve zkušebních a měřicích zařízeních. Například pokud systém nevyhoví na elektromagnetickou kompatibilitu nebo když spínací regulátor ovlivňuje rychlé digitální nebo vysokofrekvenční signály, oživování zařízení a jejich přepracování nejenom prodlužují vývojovou etapu, ale dochází rovněž k nárůstu nákladů v důsledku nutnosti dalších zkoušek. Navíc nebezpečí šumu je výraznější na DPS s vyšší hustotou, kde jsou spínací regulátory umístěny v těsné blízkosti součástek a spojů citlivých na šum.
Namísto těžkopádných metod snižování rušení, jakými jsou snižování pracovního kmitočtu, přidávání filtračních obvodů na DPS nebo montáž stínění, je lepším způsobem potlačení rušení u jeho zdroje: přímo na křemíku v obvodech DC/DC převodu. Pro dosažení kompaktnějšího řešení DC/DC převodníku je možné umístit všechny součástky, včetně tranzistorů MOSFET, indukčností, IO DC/DC převodu a podpůrných součástek, do před-formovaného pouzdra připomínajícího IO pro povrchovou montáž.
Kromě tiššího DC/DC převodu splňujícího většinu parametrů elektromagnetické kompatibility, definovaných např. normou EN55022 Class B, a malých rozměrů je důležité snížit na minimum počet dalších součástek na DPS, jako jsou výstupní kondenzátory. U DC/DC regulátorů s rychlou odezvou na přechodové děje je závislost na výstupní kapacitě snížena. Co to prakticky znamená, je to, že konstrukce je zjednodušena pomocí kompenzace optimalizovanou zpětnovazební smyčkou, která zajišťuje dostatečnou rezervu stability v širokém spektru provozních podmínek a také v širokém rozsahu výběru výstupních kondenzátorů.
LTM8074 je mikromodul sestupného regulátoru 1,2 A, 40 Vin, který je uložen v miniaturním pouzdru BGA 4 × 4 × 1,82 mm. Zaujímá celkem 60 mm², přičemž vyžaduje pouze dva kondenzátory 0805 a dva odpory 0603. Nízký profil, spolu s nízkou hmotností umožňují montáž na spodní straně DPS v situacích, kdy je deska velmi hustě osazena. Použitá architektura Silent Switcher snižuje vyzařování na minimum a umožňuje LTM8074 splnit CISPR22 Class B a snížit tak možný vliv na další obvody citlivé na rušení.
Obvykle není možné integrovat všechny vnější součástky. Důvod je prostý. Pokud například určité parametry, jako pracovní kmitočet nebo délka trvání měkkého startu, mají být nastavitelné, je třeba obvodu sdělit, co má dělat. To může být zajištěno digitálně, ale znamenalo by to použití mikrokontroléru a paměti nezávislé na napájení a tomu odpovídající náklady. Běžný způsob, jak toto obejít, je použití vnějších součástek k zajištění nastavitelnosti těchto parametrů.
Vstupní a výstupní kondenzátory jsou často integrovány do napájecího modulu, ale někdy je třeba připojit je z vnějšku. Obr. 4 ukazuje obvod s novým IO LTM8074 od Analog Devices. Použitím jediného vnějšího odporu pro nastavení požadovaného výstupního napětí je omezena typová různorodost a aplikaci se tím dostává určité míry univerzálnosti. Pokud není vyžadován měkký start, není nutno připojit kondenzátor k příslušnému vývodu. Všechny tyto vlastnosti umožňují realizovat převod napětí na obzvláště malé ploše. Při rozměru pouze 4 × 4 mm LTM8074 a minimálním množství vnějších spojů může hotový zdroj pracovat na ploše přibližně jen 8 × 8 mm, s výstupním napětím až 40 V a přípustným proudem až 1,2 A. Obr. 5 ukazuje příklad návrhu rozmístění s minimálním počtem nutných vnějších součástek.
Pro napájecí zdroje malého výkonu je velmi důležité nabízet obzvláště vysokou účinnost převodu, jinak mohou potenciálně vznikat potíže s odvodem ztrátového tepla.
Nový LTM8074 s velmi kompaktními rozměry se k takovému účelu hodí ideálně. Díky použité technologii Silent Switcher je možné tento obvod použít i v obvodech, které jsou velmi citlivé na šum a jejichž napájení je obvykle zajištěno lineárními regulátory.
Vysoce integrované napájecí moduly jsou vhodné nejenom pro zjednodušení konstrukce spínaných zdrojů, ale jsou užitečné také v případech, kdy je třeba účinného převodu napětí v extrémně malém prostoru.
Klíčové vlastnosti mikromodulů ADI jsou tyto:
Článek byl přeložen a poskytnut firmou Amtek s. r. o., www.amtek.cz
