Контроллеры для DC/DC-преобразователей

Texas Instruments

Дмитрий Цветков

Более 300 наименований насчитывает перечень контроллеров Texas Instruments для импульсных источников питания. На сегодняшний день это самый обширный перечень компонентов данной группы. Для разработчика доступны устройства практически с любым сочетанием параметров, характеристик и возможностей. В статье приведен обзор наиболее распространенных контроллеров TI для гальванически неизолированных импульсных источников питания.

Выбираем схему BMS для заряда литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

Компания Texas Instruments непрерывно разрабатывает и реализует новые идеи и решения для источников питания. Эти решения впоследствии воплощаются в виде малогабаритных микросхем. Высоким спросом пользуются контроллеры для гальванически не развязанных DC/DC-преобразователей (табл. 1, 2, 3).

Таблица 1. Контроллеры TI для понижающих синхронных DC/DC-источников

Наименование	Режим управления (обратная связь)	Входное напряжение, В	Выходное напря жение, В	Макс. выходной ток драйвера, А	Частота, кГц	Точность внутреннего опорного источника, %	Встроенная цепь вольт- добавки	Вывод POWER GOOD	Плавный запуск	Вход внешней синхро низации	Корпус
TPS40000	Напряжение	2.25...5.50	0.70...4.00	1.0	300/600	1.0	Есть	Нет	Есть	Нет	MSOP-10
TPS40002	Напряжение	2.25...5.50	0.70...4.00	1.0	300/600	1.0	Есть	Нет	Есть	Нет	MSOP-10
TPS40007	Напряжение	2.25...5.50	0.70...4.00	1.0	300/600	1.0	Есть	Нет	Есть	Нет	MSOP-10
TPS40009	Напряжение	2.25...5.50	0.70...4.00	1.0	300/600	1.0	Есть	Нет	Есть	Нет	MSOP-10
TPS40020	Напряжение	2.25...5.50	0.70...4.00	2.0	100...1000	1.0	Есть	Есть	Есть	Есть	HTSSOP-16
TPS40021	Напряжение	2.25...5.50	0.70...4.00	2.0	100...1000	1.0	Есть	Есть	Нет	Есть	HTSSOP-16
TPS40040	Напряжение	2.25...5.50	0.60...4.95	1.0	300	1.0	Есть	Нет	Есть	Нет	SON-8
TPS40041	Напряжение	2.25...5.50	0.60...4.88	1.0	600	1.0	Есть	Нет	Есть	Нет	SON-8
TPS40042	Напряжение	3.00...5.50	0.70...4.95	1.2	600	внешний	Есть	Нет	Есть	Нет	SON-10
TPS40054	Напряжение	8.00...40.0	0.70...35.0	1.0	до 1000	1.0	Есть	Нет	Нет	Есть	PwrPAD-16
TPS40055	Напряжение	8.00...40.0	0.70...35.0	1.0	до 1000	1.0	Есть	Нет	Нет	Есть	PwrPAD-16
TPS40056	Напряжение	10.0...40.0	0.70...35.0	1.0	до 1000	внешний	Есть	Нет	Нет	Есть	PwrPAD-16
TPS40057	Напряжение	8.00...40.0	0.70...35.0	1.0	до 1000	1.0	Есть	Нет	Есть	Есть	PwrPAD-16
TPS40060	Напряжение	10.0...55.0	0.70...45.0	1.0	до 1000	1.0	Нет	Нет	Нет	Есть	PwrPAD-16
TPS40061	Напряжение	10.0...55.0	0.70...45.0	1.0	до 1000	1.0	Нет	Нет	Нет	Есть	PwrPAD-16
TPS40075	Напряжение	4.50...28.0	0.70...23.0	1.0	до 1000	1.0	Есть	Есть	Есть	Есть	QFN-20
TPS40077	Напряжение	4.50...28.0	0.70...23.0	1.0	до 1000	1.0	Есть	Есть	Есть	Нет	PwrPAD-16
TPS40100	Ток	4.50...18.0	0.70...5.50	1.3	600	1.0	Нет	Есть	Есть	Есть	QFN-24
TPS40101	Напряжение	4.50...18.0	0.70...5.50	1.3	1000	1.0	Нет	Есть	Есть	Есть	QFN-24
TPS40190	Напряжение	4.50...15.0	0.59...12.7	1.2	300	1.0	Есть	Нет	Есть	Нет	SON-10
TPS40192	Напряжение	4.50...18.0	0.59...14.4	1.2	300/600	0.5	Есть	Есть	Есть	Нет	SON-10
TPS40193	Напряжение	4.50...18.0	0.59...14.4	1.2	300/600	0.5	Есть	Есть	Есть	Нет	SON-10
TPS40195	Напряжение	4.50...20.0	0.59...17.0	1.2	до 600	0.5	Есть	Есть	Есть	Есть	TSSOP-16, QFN-16
TPS5124	Напряжение	4.50...15.0	0.90...12.0	2.0	до 500	1.0	Есть	Нет	Нет	Нет	TSSOP-30

Таблица 2. Контроллеры TI для понижающих многофазных синхронных DC/DC-источников

Наиме- нование	Число каналов	Число фаз	Входное напряжение, В	Выходное напряжение, В	Макс. выходной ток драй-вера, А	Частота, кГц	Точность внутрен-него опорного источника, %	Вывод POWER GOOD	Плавный запуск	Защита от пере-напря- жения	Корпус
TPS40090	1	2, 3, 4	4.50...15.0	0.70...3.30	регулир.	до 1000	1.00	Есть	Нет	Есть	TSSOP-24, QFN-28
TPS40091	1	2, 3, 4	4.50...15.0	0.70...3.30	регулир.	до 1000	1.00	Есть	Нет	Есть	TSSOP-24, QFN-28
TPS40131	1	2	1.00...40.0	0.70...5.80	1.0	до 1000	1.00	Есть	Есть	Есть	QFN-32
TPS40132	1	2	1.00...40.0	0.60...5.80	1.0	до 1000	0.80	Есть	Есть	Есть	QFN-32
TPS40140	1, 2	1, 2	2.00...40.0	0.70...5.80	1.2	до 1000	0.50	Есть	Есть	Есть	QFN-36
TPS40180	1	1	2.00...40.0	0.70...5.80	1.2	до 1000	0.75	Есть	Есть	Есть	QFN-24
TPS51727	1	1, 2	4.50...28.0	0.40...1.25	2.7	до 500	1.50	Есть	Нет	Есть	QFN-40

Таблица 3. Контроллеры TI для понижающих синхронных DC/DC-источников с высоким КПД при малых нагрузках

Наименование	Число каналов	Число выходов LDO	Число фаз	Входное напря- жение, В	Выходное напря- жение, В	Макс. выход- ной ток драй- вера, А	Частота, кГц	Точность внутрен- него опорного источника, %	Вывод POWER GOOD	Встроенный диод вольт- добавки	Защита от пере- напря- жения	Корпус
TPS51020	2	1	2	4.50...28.0	0.80...5.50	2.0	270, 360, 450	1.0	Есть	Есть	Есть	TSSOP-30
TPS5110	1	1	1	4.50...28.0	0.90...3.50	1.5	до 500	1.0	Есть	Нет	Есть	TSSOP-24
TPS51116	1	1	1	3.00...28.0	1.50...3.00	0.8	до 400	1.0	Есть	Нет	Есть	PwrPAD-20, QFN-24
TPS51117	1	0	1	1.80...28.0	0.75...5.50	3.0	до 550	1.0	Есть	Есть	Есть	TSSOP-14, QFN-14
TPS51120	2	2	2	1.50...28.0	2.00...5.50	3.0	270, 330, 430, 580	1.0	Есть	Нет	Есть	QFN-32
TPS51124	2	0	2	3.00...28.0	0.76...5.50	3.0	300, 360, 420	1.0	Есть	Нет	Есть	QFN-24
TPS51125	2	2	1	5.50...28.0	2.00...5.50	1.0	325	1.0	Есть	Нет	Есть	QFN-24
TPS51220	2	2	2	4.50...28.0	1.00...12.0	1.5	до 1000	1.0	Есть	Есть	Есть	QFN-32
TPS5130	3	1	2	4.50...28.0	0.90...5.50	1.5	до 500	1.5	Есть	Нет	Есть	QFP-48
TPS51511	1	1	1	3.00...28.0	0.75...3.30	0.8	до 550	1.0	Есть	Есть	Есть	QFN-20

В последнее время преобразователи с синхронным управлением приобретают все большую популярность по сравнению с «классическими». Это объясняется, прежде всего, повышенной экономичностью, меньшим уровнем шума и большей надежностью. Перспективное направление – многофазные контроллеры, в основном предназначенные для мощных низковольтных DC/DC-преобразователей (табл. 2), которым TI уделяет основное внимание. Однако морально устаревшие, но все еще пользующиеся высоким спросом контроллеры с несинхронным управлением (силовой транзистор + диод) по-прежнему производятся компанией TI (табл. 4). В различной литературе не раз приводились описания этих микросхем, поэтому в статье основное внимание уделено перспективным новинкам в области контроллеров для DC/DC-источников.

Таблица 4. Контроллеры TI для DC/DC-источников (разное)

Наименование	Топология	Синхронное управление	Входное напря- жение, В	Выходное напряжение, В	Макс. выходной ток драйвера, А	Частота, кГц	Точность внутрен- него опорного источника, %	Встроенный диод вольт -добавки	Вывод POWER GOOD	Корпус
TPS40210	–	Нет	4.50...52.0	5.00...250	0.8	до 1000	2.0	Нет	Нет	PwrPAD-10, SON-10
TPS40211	–	Есть	4.50...52.0	5.00...250	0.8	до 1000	2.0	Нет	Нет	PwrPAD-10, SON-10
TPS43000	–	Нет	1.80...9.00	0.80...8.00	1.2	до 2000	2.0	Нет	Нет	TSSOP-16
TPS51100	–	Нет	4.75...5.25	0.60...1.70	–	–	внешний	Нет	Нет	PwrPAD-10
TPS51200	–	Нет	0.30...3.60	0.30...3.60	–	–	внешний	Нет	Есть	SON-10
TPS64200	–	Нет	1.80...6.50	1.20...6.50	–	–	2.0	Нет	Нет	SOT-23
TPS64201	–	Нет	1.80...6.50	1.20...6.50	–	–	2.0	Нет	Нет	SOT-23
TPS64202	–	Нет	1.80...6.50	1.20...6.50	–	–	2.0	Нет	Нет	SOT-23
TPS64203	–	Нет	1.80...6.50	1.20...6.50	–	–	2.0	Нет	Нет	SOT-23
UC3572	инвертирующий, обратноходовый	–	4.75...30.0	-48.0...0.00	0.5	300	2.0	Нет	Нет	SOIC-8, DIL-8
TL1451A	повышающий, понижающий, обратноходовый	–	3.60...50.0	2.50...50.0	0.02	до 500	4.0	Нет	Нет	PDIP-16, SOIC-16, SSOP-16, TSSOP-16
TL5001	повышающий, понижающий, обратноходовый	–	3.60...40.0	1.00...50.0	0.02	до 500	3.0	Нет	Нет	PDIP-8, SOIC-8, SO-8

TPS40042 – синхронный понижающий ШИМ-контроллер, предназначенный для построения DC/DC-преобразователей с низким выходным напряжением (от 0.7 до 4.95 В), высоким выходным током (зависит от характеристик внешних силовых транзисторов, обычно до 20...25 А) и высокой частотой преобразования (до 1 МГц). Основные области применения: питание модулей динамической памяти (DDR, DDR-II и т.д.), гибридные DC/DC-модули питания, телекоммуникации. Основное отличие от других контроллеров – внешний источник опорного напряжения, который позволяет реализовать более гибкое управление микросхемой и расширяет область ее применения.

TPS40192 и TPS40193 – синхронные понижающие ШИМ-контроллеры с выходом POWER GOOD (рис. 1, вывод PDG) и внутренним опорным источником повышенной точности (0.5%). Широкий диапазон входного напряжения (от 4.5 до 18 В) позволяет применять эти контроллеры в составе DC/DC-преобразователей компьютерных видео/аудиокарт, телевизоров, мониторов и прочей бытовой электроники. Как все синхронные контроллеры Texas Instruments, TPS40192/ TPS40193 имеют в своем составе адаптивный узел, предотвращающий протекание сквозного тока через оба внешних силовых транзистора.

Рис. 1. Типовая схема включения контроллеров TPS40192/TPS40193

TPS40131 и TPS40132 – синхронные понижающие двухфазные ШИМ-контроллеры (табл. 2). Основная область применения: низковольтные DC/DC-источники питания с высоким выходным током (до 50 А). Отличительные особенности: встроенные драйверы для двух пар внешних силовых транзисторов, работающих в противофазе, что позволяет увеличить КПД и надежность источника. Встроенный дифференциальный усилитель может использоваться для помехозащищенного контроля выходного напряжения на нагрузке, что в значительной степени упрощает требования к топологии печатной платы. При использовании 6-битного цифрового делителя выходного напряжения TPS40120 появляется возможность программного управления выходным напряжением источника на базе TPS40131 и TPS40132 (рис. 2).

Рис. 2. Типовая схема подключения цифрового делителя TPS40120 с контроллерами TPS40131/TPS40132

Отдельно стоит упомянуть синхронные понижающие контроллеры, оптимизированные для работы на широкий диапазон нагрузки (табл. 3). Их основное назначение – преобразователи напряжения аккумуляторных батарей в ноутбуках, источниках питания ЖК-мониторов/телевизоров.

TPS51120 – синхронный понижающий двухфазный ШИМ-контроллер. Основные особенности: при отсутствии нагрузки собственный ток потребления микросхемы в активном режиме не превышает 0.5 мА (в выключенном состоянии – 7 мкА, в режиме ожидания – 100 мкА) во всем диапазоне входного напряжения (от 4.5 до 28 В), наличие регулируемой частоты преобразования (200 кГц...1 МГц). Для целей управления помимо данных о напряжении на нагрузке контролируется ток в катушке, то есть реализована обратная связь по току. Фактически при наличии нагрузки контроллер работает в режиме непрерывного тока, а при малой или отключенной нагрузке – в режиме прерывистых токов. Такая схема построения позволяет увеличить КПД преобразователя во всем диапазоне нагрузок.

Заключение

На сегодняшний день контроллеры для импульсных источников питания от компании Texas Instruments уверенно и прочно заняли нишу среди недорогих, надежных, многофункциональных и в то же время простых в эксплуатации импульсных источников питания малой, средней и большой мощности. Наиболее характерными применениями для них являются как бытовая электроника (компьютеры, ноутбуки, DVD-проигрыватели, ЖК-телевизоры и мониторы и т.п.), так и промышленная и медицинская аппаратура.

Литература

1. Дмитрий Цветков, «ШИМ-контроллеры STMicroelectronics», журнал «Новости электроники», 2008/3.

2. Дмитрий Еськин, «TPS40210 и TPS40211 – новые повышающие DC/DC-контроллеры Texas Instruments», журнал «Новости электроники», 2008/15.