Радиолоцман Электроника en
расширенный поиск +
  

23-05-2018

Каскодный каскад на MOSFET расширяет диапазоны входных и выходных напряжений повышающего преобразователя

Texas Instruments » TPS61040

Журнал РАДИОЛОЦМАН, февраль 2018

Scot Lester

EDN

Микросхемы повышающих регуляторов, используемых в портативных приложениях для преобразования напряжения батареи, часто содержат выходные транзисторы, способные управлять накопительными дросселями. Однако максимально допустимое входное напряжение большинства повышающих регуляторов, рассчитанных на обслуживание стандартных батарей, в типичном случае не превышает 6 В. Кроме того, максимальное выходное напряжение регуляторов, ограниченное пробивным напряжением выходного транзистора, обычно не превышает 25…30 В, что для некоторых приложений может быть слишком мало.

Можно расширить диапазон выходных напряжений регулятора, добавив внешний транзистор с пробивным напряжением, более высоким, чем у собственного транзистора микросхемы. Однако внутренней конструкцией типичных повышающих преобразователей управление базой или затвором внешнего транзистора чаще всего не предусмотрено. В качестве альтернативы внешний более высоковольтный транзистор можно включить так, чтобы вместе с внутренним транзистором он образовал каскодную схему.

В большинстве повышающих регуляторов используется метод управления по пиковому току, требующий меньшего количества внешних компонентов и, соответственно, меньшей площади на печатной плате. На Рисунке 1 показана схема регулятора на микросхеме контроллера повышающего преобразователя TPS61040 (IC1) с обратной связью по пиковому току дросселя.

Одна линия порта управляет двойным светодиодом
Рисунок 1. Выходные напряжения этого повышающего DC/DC преобразователя,
основанного на «чистом» контроллере, не могут превышать значений,
допустимых для микросхемы TPS61040.

Подача входного напряжения VIN на вывод VCC микросхемы IC1 и на один из выводов дросселя L1 открывает внутренний MOSFET Q1 контроллера, позволяя плавно увеличивающемуся току идти из VIN через L1, Q1 и внутренний токоизмерительный резистор R1. Внутренний контроллер микросхемы отслеживает падение напряжения на этом резисторе, и по достижении током уровня, соответствующего установленному порогу, закрывает Q1.

Прерывание тока через L1 вызывает рост напряжения на дросселе, которое смещает диод D1 в прямом направлении. Диод открывается и начинает заряжать выходной конденсатор C1 до напряжения, более высокого, чем входное. Время включенного состояния транзистора Q1 зависит от индуктивности дросселя L1 и сопротивления резистора R1, задающего пороговое значение тока, а время пребывания в выключенном состоянии определяется выходным напряжением, измеренным на входе FB, и внешними элементами обратной связи. Для управления работой преобразователя внутренний контроллер микросхемы IC1 должен измерять ток дросселя L1, используя Q1 и R1.

Если напряжение, требуемое для вашего приложения, превышает пробивное напряжение внутреннего транзистора, можно дополнить схему более высоковольтным MOSFET Q2 (Рисунок 2). Для того, чтобы обеспечить путь тока через L1 и вывод SW микросхемы IC1, внешний транзистор включается в каскодной конфигурации, то есть, по схеме с общим затвором.

Одна линия порта управляет двойным светодиодом
Рисунок 2. Добавление внешнего более высоковольтного MOSFET Q2, включенного в каскодной
конфигурации, позволяет поднять верхнюю границу выходных напряжений схемы.

В качестве Q2 используется MOSFET с низким сопротивлением открытого канала и низким пороговым напряжением затвора с дополнительным диодом D2, включенным между его затвором и истоком. Для правильной работы схемы напряжение VCC, равное в этой схеме 5 В, должно превышать пороговое напряжение затвора транзистора Q2. В процессе работы внутренняя схема управления микросхемы IC1 включает транзистор Q1, который смещает потенциал истока Q2 до напряжения, близкого к уровню земли, при напряжении между затвором и истоком, равном почти 5 В.

Ток течет через дроссель L1, внешний транзистор Q2, внутренний транзистор Q1 и токоизмерительный резистор R1, при этом управляющая цепь микросхемы IC1 «не видит» никаких изменений, связанных с добавлением Q2. Когда ток дросселя достигает предустановленного порога, Q1 выключается, обрывая путь прохождения тока от истока Q2. Напряжение на стоке Q2 быстро увеличивается до уровня, равного сумме требуемого выходного напряжения и падения напряжения на диоде D1. По мере роста напряжения на стоке, емкость сток-исток транзистора Q2 стремится поднять выше 5 В плавающий потенциал истока MOSFET, который смещает в прямом направлении диод D2 и подключает вывод SW микросхемы IC1 к напряжению 5 В (плюс падение на диоде), фиксируя напряжение истока Q2 на том же уровне.

Повышающий преобразователь, способный обеспечивать нагрузку напряжением 180 В (VOUT) при выходном токе 4 мА, использовался в схеме управления лазером с напряжением питания 9 В (V+). В этой схеме от входного источника 5 В не требуется ничего, кроме способности отдавать достаточный ток – в типичном случае, несколько миллиампер, – для питания внутренней логики микросхемы IC1 и затвора каскодного MOSFET Q2. Поэтому в простейшем случае напряжение 5 В здесь можно получить из напряжения 9 В с помощью гасящего резистора и стабилитрона. Дроссель и микросхему IC1 можно питать либо от общего источника, либо от отдельного источника питания с напряжением, согласующимся с пробивным напряжением Q2. Каскодная схема может вырабатывать любое выходное напряжение, не превышающее допустимого напряжения сток-исток транзистора Q2. Параметры остальных компонентов также должны отвечать требованиям безопасного использования. Например, допустимые рабочие напряжения дросселя L1 и конденсатора C1 должны иметь достаточный запас относительно требуемого выходного напряжения.

Материалы по теме

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Cascode MOSFET increases boost regulator's input- and output-voltage ranges

Цена TPS61040TPS61040 на РадиоЛоцман.Цены — от 13,89 до 130 руб.
Исполнение: SOT23-5. CONVERTER, BOOST, SMD, SOT-23-5; Voltage Regulator Type:Step Up (Boost); Voltage, Input Max:6V; Voltage, Output Max:28V; Current, Output Max:90mA; Voltage,...
ПоставщикПроизводительНаименованиеЦена
ЗУМ-ЭКTexas InstrumentsTPS61040DBVR14 руб.
T-electronTexas InstrumentsTPS61040DBVR22 руб.
ДессиTexas InstrumentsDC-DC преобразователь интегральный TPS61040DBVR130 руб.
LifeElectronicsTexas InstrumentsTPS61040DBVRпо запросу
Океан ЭлектроникиTexas InstrumentsTPS61040DBVпо запросу
Все 35 предложений от 22 поставщиков »
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Рекомендуемые публикации по теме:
Схемы  »
Двухдиапазонная антенна на НЧ-диапазоны
Схемы  »
Каскодный широкополосный усилитель мощности
Схемы  »
GP на низкочастотные диапазоны
Схемы  »
QRP усилитель мощности на КВ диапазоны
Схемы  »
Комбинированная антенна на диапазоны 80 и 20 метров

При перепечатке материалов с сайта прямая ссылка на РадиоЛоцман обязательна.

Приглашаем авторов статей и переводов к публикации материалов на страницах сайта.

Срезы ↓
Источник питания Актаком APS-1303
Источник питания Актаком APS-1303
2 LED дисплея, 0…30 В, 0…3 А
Цена: от 9 700 руб.
Доставка: Россия и страны СНГ
Лазерный дальномер Leica Disto D1
Дальномер Leica Disto D1
Дальность измерения: 0.2 - 40 м
Цена: от 4 999 руб.
Доставка: Россия
Осциллограф Rohde Schwarz RTB2002
Осциллограф Rohde&Schwarz RTB2002
Цена: от 128 тыс. руб.
Доставка: Россия
Рейтинг@Mail.ru