eng
Выпуск #3/2020
В. Громов, П. Ястребов
Новая серия импульсных стабилизаторов напряжения – микросхемы 5320
Новая серия импульсных стабилизаторов напряжения – микросхемы 5320
Просмотры: 1551
DOI: 10.22184/1992-4178.2020.194.3.156.164
Новая серия импульсных стабилизаторов напряжения – микросхемы 5320
В. Громов , П. Ястребов
АО «Группа Кремний ЭЛ» представило новую серию импульсных стабилизаторов напряжения со встроенным силовым ключом – микросхемы 5320. Большое количество типов и типономиналов, входящих в серию, их функциональное разнообразие позволят потребителям микросхем разрабатывать новую аппаратуру значительно быстрее и качественнее, успешнее решать задачи импортозамещения. Микросхемы 5320 предназначены для применения в наземной и космической технике, авиации, надводной и подводной технике ВМФ, а также в общепромышленной аппаратуре.
Продукция АО «Группа Кремний ЭЛ» хорошо известна разработчикам источников вторичного электропитания (ИВЭП) и широко используется в серийной продукции, в новых разработках как гражданского, так и военного назначения. Это ШИМ‑контроллеры под различные топологии преобразования, включая ШИМ‑контроллер для топологий с активным демпфированием (Active Clamp), фазосдвигающий контроллер для резонансных преобразователей, контроллер выравнивания выходных токов для модулей ИВЭП, предназначенных для параллельной работы.
В то же время в рамках этой номенклатуры объем микросхем, включающих в свой состав силовые ключи, был незначительный. А ведь совмещение на одном кристалле и в одном корпусе микросхемы контроллера ИВЭП и силовых ключей – это наиболее значимое для повышения удельной мощности ИВЭП техническое решение.
Для ликвидации пробела на предприятии сначала было разработано и освоено семейство микросхем (категория качества «ВП») со встроенным LDMOS силовым ключом на 3 А: 1290ЕФ1У (с регулируемым выходным напряжением), 1290ЕК2.5У, 1290ЕК3.3У, 1290ЕК5У, 1290ЕК12У (с фиксированными выходными напряжениями). Они поддерживают работу на частотах, значительно больших 1 МГц, требуют минимальной внешней обвязки (миниатюрный дроссель, диод Шоттки, входной, выходной и бутстрепный конденсаторы, RC‑цепи коррекции и резистивный делитель для регулируемого варианта).
Затем была разработана и освоена в серийном производстве серия микросхем 5320 двойного назначения (категория качества «ВП»), о которой пойдет речь в статье. Перечень всех типономиналов микросхем серии, их основное функциональное назначение приведены в табл. 1. Там же приведены основные квалификационные параметры, корпусное исполнение, обозначение технических условий (ТУ) и ближайший функциональный аналог.
Все микросхемы этой серии рассчитаны на диапазон рабочих температур –60...125 °C и имеют уровень радиационной стойкости 7.И – 2Ус, 7.К – 1К (7.К11(7.К12) – 15 МэВ · см2 / мг), подтвержденный соответствующими испытаниями. Поскольку микросхемы выделяют большое количество тепла при работе, в ТУ особо оговаривается максимальная рабочая температура корпуса. Все микросхемы имеют защиту по току и от перегрева кристалла.
Новые металлокомпозитный корпус 5225.10-1 и металлокерамический корпус МК КТ1191 (рис. 1) имеют металлическую монтажную площадку (под кристалл), выходящую из основания корпуса, предназначенную для пайки на печатную плату вместе с выводами корпуса. Такое решение корпуса существенно улучшает отвод тепла от кристалла микросхем.
Назначение микросхем серии 5320 – построение на их базе малогабаритных источников питания для широкой номенклатуры аппаратуры, включая комплексную аппаратуру с распределенной системой питания. Широкий диапазон входных напряжений стабилизаторов, ряд фиксированных выходных напряжений и наличие исполнений с регулируемым выходным напряжением позволяют легко выбрать подходящую микросхему под конкретное применение.
Зарубежные аналоги, указанные в табл. 1, надо рассматривать лишь как наиболее близкие функциональные аналоги, не всегда полные, и не pin to pin совместимые. Это отчасти объясняется двойным назначением разработанных микросхем. Применение микросхем в военной и аэрокосмической технике потребовало расширенный диапазон рабочих температур, упаковку кристаллов в металлокерамические корпуса, изменение конструкции для обеспечения стойкости к воздействию специальных факторов и надежности. Тем не менее, учитывая большую популярность упомянутых зарубежных аналогов у отечественных разработчиков ИВЭП, можно предполагать, что микросхемы серии найдут широкое применение при решении задач, связанных с импортозамещением продукции. Кроме корпусных исполнений микросхем в пластмассовых, металлокомпозитных и металлокерамических корпусах (см. рис. 1), предусмотрено и бескорпусное исполнение микросхем. Негерметизированные кристаллы импульсных стабилизаторов могут найти применение в микросборках ИВЭП или в составе микросборок с расширенным функционалом.
Наличие на борту микросхем силовых ключей, на первый взгляд, предполагает простоту типовых схем применения: дроссель, диод Шоттки, входные, выходные конденсаторы, резистивный делитель обратной связи, корректирующая цепочка и всё. Но это обманчивая простота. Надежная работа зависит от правильного выбора этих немногочисленных элементов обвязки и от их взаимного с микросхемой расположения на печатной плате. В ТУ на микросхемы в разделах «Рекомендации по применению и эксплуатации» подробно описан выбор компонентов обвязки и возможных вариантов применений. Функциональные схемы микросхем серии приведены на рис. 2–9. На многих из них показан внутренний резистивный делитель R1, R2 на входе (FB), который задает выходное напряжение для типономиналов с фиксированным выходным напряжением. Для микросхем с регулируемым выходным напряжением (5320ЕА01, 5320ЕА02, 5320ЕА03, 5320ЕА04 и 5320ЕА05) предполагается, что резистор R1 закорочен, а резистор R2 не подключен.
Микросхемы типа 5320ЕА01, 5320ЕВ01 (см. рис. 2) выполнены по биполярной технологии и представляют собой понижающие преобразователи напряжения с токовым управлением (current mode) и c фиксированной частотой коммутации.
Особенности микросхем 5320ЕА01, 5320ЕВ01:
Микросхемы типа 5320ЕА02, 5320ЕВ02 (см. рис. 3) выполнены по БиКМОП-технологии и представляют собой понижающие преобразователи напряжения с синхронным выпрямлением (не требуется диод Шоттки), с токовым управлением (current mode) и фиксированной частотой коммутации.
Особенности микросхем 5320ЕА02, 5320ЕВ02:
Три последующие группы типономиналов серии 5320 расширяют очень популярное у разработчиков ВИП семейство импульсных стабилизаторов напряжения SIMPLE SWITCHER от ф. National Semiconductors (сейчас – Texas Instruments) и их многочисленных клонов отечественными микросхемами.
Микросхемы типа 5320ЕА03, 5320ЕВ03 (см. рис. 4) и 5320ЕА04, 5320ЕВ04 (см. рис. 5) выполнены по биполярной технологии и представляют собой понижающие преобразователи напряжения SIMPLE SWITCHER с управлением по напряжению (voltage mode) и c фиксированной частотой коммутации.
Особенности микросхем 5320ЕА03, 5320ЕВ03, 5320ЕА04, 5320ЕB04:
Между собой микросхемы типа 5320ЕА03, 5320ЕВ03 и микросхемы типа 5320ЕА04, 5320ЕВ04 различаются незначительно. У первых выше частота коммутации – 150 кГц против 52 кГц у вторых, и двухуровневая логика отработки ограничения импульсного тока силового ключа.
Микросхемы типа 5320ЕА05, 5320ЕВ05 (см. рис. 6) выполнены по БиКДМОП-технологии, которые также можно отнести к семейству SIMPLE SWITCHER, представляют собой понижающие преобразователи напряжения с управлением по напряжению (voltage mode) и c фиксированной частотой коммутации.
Особенности микросхем 5320ЕА05, 5320ЕВ05:
Микросхема типа 5320ЕА06 (см. рис. 7) выполнена по биполярной технологии и представляет собой понижающий преобразователь напряжения с управлением по напряжению (voltage mode) и c фиксированной частотой коммутации. В отличие от SIMPLE SWITCHER, обладает расширенным функционалом, позволяющим ей более легко адаптироваться под не совсем стандартные применения.
Особенности микросхем 5320ЕА06:
Микросхемы типа 5320ЕА07 (см. рис. 8) представляют собой интегральные высокочастотные импульсные регуляторы, предназначенные для применения в стабилизаторах напряжения с различными топологиями преобразования: повышающий, понижающий, обратноходовой, прямоходовой, инвертирующий, повышающе-понижающий (SEPIC) и преобразователь Кука. Это наиболее функционально насыщенные микросхемы серии 5320. Микросхемы выполнены по биполярной технологии.
Особенности микросхем 5320ЕА07:
Микросхемы типа 5320ЕА08 (см. рис. 9) представляют собой функционально упрощенную версию микросхем типа 5320ЕА07, но обладают силовым ключом на ток до 5 А. Микросхемы так же выполнены по биполярной технологии и предназначены для построения мощных, в первую очередь, повышающих преобразователей.
Новая серия микросхем 5320 импульсных стабилизаторов напряжения сo встроенным силовым ключом серийно освоена в АО «Группа Кремний ЭЛ». Большое количество типов и типономиналов, входящих в серию, их функциональное разнообразие позволят потребителям микросхем разрабатывать новую аппаратуру значительно быстрее и качественнее, успешно решать задачи импортозамещения. Широкий диапазон рабочих температур, высокий уровень стойкости к ВВФ и разнообразные варианты корпусов микросхем позволяют их применять в наземной и космической технике, авиации, надводной и подводной технике ВМФ, а также в общепромышленной аппаратуре. ●
В. Громов , П. Ястребов
АО «Группа Кремний ЭЛ» представило новую серию импульсных стабилизаторов напряжения со встроенным силовым ключом – микросхемы 5320. Большое количество типов и типономиналов, входящих в серию, их функциональное разнообразие позволят потребителям микросхем разрабатывать новую аппаратуру значительно быстрее и качественнее, успешнее решать задачи импортозамещения. Микросхемы 5320 предназначены для применения в наземной и космической технике, авиации, надводной и подводной технике ВМФ, а также в общепромышленной аппаратуре.
Продукция АО «Группа Кремний ЭЛ» хорошо известна разработчикам источников вторичного электропитания (ИВЭП) и широко используется в серийной продукции, в новых разработках как гражданского, так и военного назначения. Это ШИМ‑контроллеры под различные топологии преобразования, включая ШИМ‑контроллер для топологий с активным демпфированием (Active Clamp), фазосдвигающий контроллер для резонансных преобразователей, контроллер выравнивания выходных токов для модулей ИВЭП, предназначенных для параллельной работы.
В то же время в рамках этой номенклатуры объем микросхем, включающих в свой состав силовые ключи, был незначительный. А ведь совмещение на одном кристалле и в одном корпусе микросхемы контроллера ИВЭП и силовых ключей – это наиболее значимое для повышения удельной мощности ИВЭП техническое решение.
Для ликвидации пробела на предприятии сначала было разработано и освоено семейство микросхем (категория качества «ВП») со встроенным LDMOS силовым ключом на 3 А: 1290ЕФ1У (с регулируемым выходным напряжением), 1290ЕК2.5У, 1290ЕК3.3У, 1290ЕК5У, 1290ЕК12У (с фиксированными выходными напряжениями). Они поддерживают работу на частотах, значительно больших 1 МГц, требуют минимальной внешней обвязки (миниатюрный дроссель, диод Шоттки, входной, выходной и бутстрепный конденсаторы, RC‑цепи коррекции и резистивный делитель для регулируемого варианта).
Затем была разработана и освоена в серийном производстве серия микросхем 5320 двойного назначения (категория качества «ВП»), о которой пойдет речь в статье. Перечень всех типономиналов микросхем серии, их основное функциональное назначение приведены в табл. 1. Там же приведены основные квалификационные параметры, корпусное исполнение, обозначение технических условий (ТУ) и ближайший функциональный аналог.
Все микросхемы этой серии рассчитаны на диапазон рабочих температур –60...125 °C и имеют уровень радиационной стойкости 7.И – 2Ус, 7.К – 1К (7.К11(7.К12) – 15 МэВ · см2 / мг), подтвержденный соответствующими испытаниями. Поскольку микросхемы выделяют большое количество тепла при работе, в ТУ особо оговаривается максимальная рабочая температура корпуса. Все микросхемы имеют защиту по току и от перегрева кристалла.
Новые металлокомпозитный корпус 5225.10-1 и металлокерамический корпус МК КТ1191 (рис. 1) имеют металлическую монтажную площадку (под кристалл), выходящую из основания корпуса, предназначенную для пайки на печатную плату вместе с выводами корпуса. Такое решение корпуса существенно улучшает отвод тепла от кристалла микросхем.
Назначение микросхем серии 5320 – построение на их базе малогабаритных источников питания для широкой номенклатуры аппаратуры, включая комплексную аппаратуру с распределенной системой питания. Широкий диапазон входных напряжений стабилизаторов, ряд фиксированных выходных напряжений и наличие исполнений с регулируемым выходным напряжением позволяют легко выбрать подходящую микросхему под конкретное применение.
Зарубежные аналоги, указанные в табл. 1, надо рассматривать лишь как наиболее близкие функциональные аналоги, не всегда полные, и не pin to pin совместимые. Это отчасти объясняется двойным назначением разработанных микросхем. Применение микросхем в военной и аэрокосмической технике потребовало расширенный диапазон рабочих температур, упаковку кристаллов в металлокерамические корпуса, изменение конструкции для обеспечения стойкости к воздействию специальных факторов и надежности. Тем не менее, учитывая большую популярность упомянутых зарубежных аналогов у отечественных разработчиков ИВЭП, можно предполагать, что микросхемы серии найдут широкое применение при решении задач, связанных с импортозамещением продукции. Кроме корпусных исполнений микросхем в пластмассовых, металлокомпозитных и металлокерамических корпусах (см. рис. 1), предусмотрено и бескорпусное исполнение микросхем. Негерметизированные кристаллы импульсных стабилизаторов могут найти применение в микросборках ИВЭП или в составе микросборок с расширенным функционалом.
Наличие на борту микросхем силовых ключей, на первый взгляд, предполагает простоту типовых схем применения: дроссель, диод Шоттки, входные, выходные конденсаторы, резистивный делитель обратной связи, корректирующая цепочка и всё. Но это обманчивая простота. Надежная работа зависит от правильного выбора этих немногочисленных элементов обвязки и от их взаимного с микросхемой расположения на печатной плате. В ТУ на микросхемы в разделах «Рекомендации по применению и эксплуатации» подробно описан выбор компонентов обвязки и возможных вариантов применений. Функциональные схемы микросхем серии приведены на рис. 2–9. На многих из них показан внутренний резистивный делитель R1, R2 на входе (FB), который задает выходное напряжение для типономиналов с фиксированным выходным напряжением. Для микросхем с регулируемым выходным напряжением (5320ЕА01, 5320ЕА02, 5320ЕА03, 5320ЕА04 и 5320ЕА05) предполагается, что резистор R1 закорочен, а резистор R2 не подключен.
Микросхемы типа 5320ЕА01, 5320ЕВ01 (см. рис. 2) выполнены по биполярной технологии и представляют собой понижающие преобразователи напряжения с токовым управлением (current mode) и c фиксированной частотой коммутации.
Особенности микросхем 5320ЕА01, 5320ЕВ01:
- диапазон напряжения питания от 3,6 до 30 В;
- выходной ток до 1 А;
- ограничение выходного тока в каждом такте;
- частота коммутации 200 кГц;
- снижение частоты коммутации при перегрузке;
- температурная защита;
- специальный драйвер силового ключа с бутстрепным питанием через вывод (BST) и со схемой ограничения насыщения;
- вывод (BIAS) предназначен для питания внутреннего стабилизатора микросхемы, для увеличения КПД можно подключить этот вывод к выходу преобразователя;
- вход (SD) для перевода микросхемы в режим с низким энергопотреблением.
Микросхемы типа 5320ЕА02, 5320ЕВ02 (см. рис. 3) выполнены по БиКМОП-технологии и представляют собой понижающие преобразователи напряжения с синхронным выпрямлением (не требуется диод Шоттки), с токовым управлением (current mode) и фиксированной частотой коммутации.
Особенности микросхем 5320ЕА02, 5320ЕВ02:
- диапазон напряжения питания от 2,7 до 6 В;
- выходной ток до 1,2 А;
- ограничение выходного тока в каждом такте;
- частота коммутации 1,2 МГц;
- снижение частоты коммутации при перегрузке;
- температурная защита;
- низкое напряжение считывания обратной связи 0,8 В;
- основной силовой ключ на p‑канальном транзисторе 270 мОм;
- ключ синхронного выпрямителя на n‑канальном транзисторе 280 мОм;
- диод Шоттки не требуется;
- вход (EN) для перевода микросхемы в режим с низким энергопотреблением.
Три последующие группы типономиналов серии 5320 расширяют очень популярное у разработчиков ВИП семейство импульсных стабилизаторов напряжения SIMPLE SWITCHER от ф. National Semiconductors (сейчас – Texas Instruments) и их многочисленных клонов отечественными микросхемами.
Микросхемы типа 5320ЕА03, 5320ЕВ03 (см. рис. 4) и 5320ЕА04, 5320ЕВ04 (см. рис. 5) выполнены по биполярной технологии и представляют собой понижающие преобразователи напряжения SIMPLE SWITCHER с управлением по напряжению (voltage mode) и c фиксированной частотой коммутации.
Особенности микросхем 5320ЕА03, 5320ЕВ03, 5320ЕА04, 5320ЕB04:
- диапазон напряжения питания от 6 до 40 В;
- выходной ток до 3 А;
- ограничение выходного тока в каждом такте;
- фиксированная частота коммутации 150 и 52 кГц;
- встроенная частотная компенсация стабилизатора;
- защита от перегрузки и короткого замыкания;
- температурная защита;
- вход (SD) для перевода микросхемы в режим с низким энергопотреблением.
Между собой микросхемы типа 5320ЕА03, 5320ЕВ03 и микросхемы типа 5320ЕА04, 5320ЕВ04 различаются незначительно. У первых выше частота коммутации – 150 кГц против 52 кГц у вторых, и двухуровневая логика отработки ограничения импульсного тока силового ключа.
Микросхемы типа 5320ЕА05, 5320ЕВ05 (см. рис. 6) выполнены по БиКДМОП-технологии, которые также можно отнести к семейству SIMPLE SWITCHER, представляют собой понижающие преобразователи напряжения с управлением по напряжению (voltage mode) и c фиксированной частотой коммутации.
Особенности микросхем 5320ЕА05, 5320ЕВ05:
- диапазон напряжения питания от 8 до 27 В;
- выходной ток до 3 А;
- ограничение выходного тока в каждом такте;
- фиксированная частота коммутации 250 кГц;
- встроенная частотная компенсация стабилизатора;
- защита от перегрузки и короткого замыкания;
- температурная защита;
- вход (EN) для перевода микросхемы в режим с низким энергопотреблением.
Микросхема типа 5320ЕА06 (см. рис. 7) выполнена по биполярной технологии и представляет собой понижающий преобразователь напряжения с управлением по напряжению (voltage mode) и c фиксированной частотой коммутации. В отличие от SIMPLE SWITCHER, обладает расширенным функционалом, позволяющим ей более легко адаптироваться под не совсем стандартные применения.
Особенности микросхем 5320ЕА06:
- диапазон напряжения питания от 10 до 40 В;
- выходной ток до 2 А;
- ограничение выходного тока в каждом такте;
- фиксированная частота коммутации 100 кГц;
- сброс частоты коммутации при перегрузке;
- специальный драйвер силового ключа с форсирующей цепью;
- защита от перегрузки и короткого замыкания;
- программируемый уровень срабатывания ограничения тока;
- ассиметричный усилитель сигнала рассогласования;
- встроенный умножитель для организации прямой связи по входному напряжению;
- возможность внешней синхронизации;
- вход (SD) для перевода микросхемы в режим с низким энергопотреблением.
Микросхемы типа 5320ЕА07 (см. рис. 8) представляют собой интегральные высокочастотные импульсные регуляторы, предназначенные для применения в стабилизаторах напряжения с различными топологиями преобразования: повышающий, понижающий, обратноходовой, прямоходовой, инвертирующий, повышающе-понижающий (SEPIC) и преобразователь Кука. Это наиболее функционально насыщенные микросхемы серии 5320. Микросхемы выполнены по биполярной технологии.
Особенности микросхем 5320ЕА07:
- диапазон напряжения питания от 2,7 до 40 В;
- выходной ток до 1 А;
- ограничение выходного тока в каждом такте;
- фиксированная частота коммутации 500 кГц;
- сброс частоты коммутации при перегрузке;
- специальный драйвер силового ключа со схемой ограничения насыщения;
- возможность внешней синхронизации через вход (S / S);
- вход (S / S) также используется для перевода микросхемы в режим с низким энергопотреблением;
- вход (NFB) дополнительного усилителя сигнала рассогласования для отрицательного выходного напряжения;
- вывод (COMP) – выход основного усилителя сигнала рассогласования и вход ШИМ-компаратора;
- вывод (COMP) также используется для частотной коррекции;
- температурная защита.
Микросхемы типа 5320ЕА08 (см. рис. 9) представляют собой функционально упрощенную версию микросхем типа 5320ЕА07, но обладают силовым ключом на ток до 5 А. Микросхемы так же выполнены по биполярной технологии и предназначены для построения мощных, в первую очередь, повышающих преобразователей.
Новая серия микросхем 5320 импульсных стабилизаторов напряжения сo встроенным силовым ключом серийно освоена в АО «Группа Кремний ЭЛ». Большое количество типов и типономиналов, входящих в серию, их функциональное разнообразие позволят потребителям микросхем разрабатывать новую аппаратуру значительно быстрее и качественнее, успешно решать задачи импортозамещения. Широкий диапазон рабочих температур, высокий уровень стойкости к ВВФ и разнообразные варианты корпусов микросхем позволяют их применять в наземной и космической технике, авиации, надводной и подводной технике ВМФ, а также в общепромышленной аппаратуре. ●
Отзывы читателей
