Jste zde

Návrh PLC očima vývojáře – 13. část (Napájecí zdroje – příklady)

Jan Robenek, 11. Říjen 2010 - 7:02
05.jpg

S programovatelnými automaty se můžeme setkat prakticky na každém „průmyslovém“ kroku. Aby je však mohli jedni zapojit a obsluhovat, musí je druzí nejdříve vymyslet, navrhnout a odladit. A právě takovému tvůrčímu přístupu se nyní budeme věnovat. Zároveň také představíme celou řadu doporučených polovodičových řešení.

Integrované hot – swap kontroléry spolu s FETy zjednodušují návrh napájecí části pro průmyslové sběrnice

MAX5042 / MAX5043

 

Typické zapojení s obvodem MAX5042; 48 V napájecí zdroj s přívlastkem hot – swap

Pod označením MAX5042 / MAX5043 hledejme integrované obvody, určené pro izolované, multimódové napájecí zdroje s pulsně – šířkovou modulací (PWM). Polovodičová struktura zde zahrnuje spínané, výkonové MOSFETy v napěťově – vymezené, 2tranzistorové konfiguraci. Široký vstupní rozsah pro napájení zasahuje od 20 V až do 76 V. Součástí obvodu MAX5042 je rovněž hot – swap kontrolér, spolupracující s externím FETem. Integrované obvody MAX5042 / MAX5043 vhodně doplňují podpůrné struktury MAX5058 / MAX5059 (Rectifier Driver). Za přispění spínacího kmitočtu až do 500 kHz mohou tyto prvky zajišťovat na svém výstupu až 50 W.

Základní výhody:

  • Zjednodušený návrh napájecí části díky menšímu počtu vnějších součástek
    • Přímá propojitelnost se základní deskou, široký napěťový rozsah
  • Nižší náklady z titulu vestavěných spínačů nebo integrovaného hot – swap kontroléru

Omezte prostoje svého systému s PWM kontrolérem, pracujícím v proudovém režimu a integrovanou podporou hot – swap

MAX5069

Regulovaný, oddělený napájecí zdroj. Čárkovaně vyznačený optočlen zpětné vazby, vedené z výstupu (sekundární strana), podporuje izolační bariéru.

Pod označením MAX5069 se ukrývá vysokofrekvenční PWM kontrolér s duálním budičem MOSFETů, pracující v proudovém režimu. Integrovaný obvod má k dispozici vše potřebné pro realizaci napájecích zdrojů s pevným kmitočtem (DC/DC nebo také AC/DC). Díky regulaci na primární nebo také sekundární straně můžeme jednoduše navrhovat a následně vyrábět

  • oddělené nebo neoddělené napájecí struktury,
  • push – pull nebo také ty s
  • polovičním nebo plným můstkem.

Vstupní podpěťový zámek (Undervoltage Lockout, UVLO) pomáhá definovat spouštěcí napětí na vstupu a také zajistit náležitou činnost během poklesu napětí (Brownout). V případě struktur MAX5069 hovoříme o výkonech 100 W.

Základní výhody:

  • Zjednodušuje návrh díky své podpoře vysokých zatěžovacích proudů
  • Snížení nákladů z titulu integrovaných prvků

Tři spínané kontroléry s jediným integrovaným obvodem

MAX15048 / MAX15049

Typické zapojení obvodu MAX15048

Integrovanými obvody MAX15048 / MAX15049 rozumíme trojnásobné (tj. se třemi výstupy), snižující, DC/DC regulační obvody s PWM a funkcemi

  • sledování (Tracking, MAX15048) nebo
  • řízení posloupnosti (Sequencing, MAX15049).

Vstupní napěťový rozsah výrobce vymezil krajními úrovněmi 4.7 V a 23 V. Každý PWM kontrolér nabízí možnosti nastavitelného výstupu a to již od 0.6 V se zatěžovacími proudy až do 15 A při zachování vynikající odezvy na změny zátěže nebo vstupního napájení. Volba

  • souběžného (Coincident) nebo poměrového (Ratiometric) sledování – MAX15048 nebo
  • řízení výstupní posloupnosti – MAX15049

umožňuje přizpůsobit „na míru“ spouštěcí i vypínací sekvence a to přesně dle systémových požadavků.

K vysvětlení pojmů Tracking / Sequencing

Základní výhody:

  • S věstavěnými funkcemi sledování a řízení posloupnosti zjednodušuje návrh napájecích zdrojů pro CPU a FPGA
  • S externími spínači hravě zvládá vysoké zatěžovací proudy

Integrované DC/DC měniče s funkcí vypnutí napájení pro průmyslovou sběrnici

MAX5080 / MAX5081

Typické zapojení obvodu MAX5080

Integrované prvky MAX5080 / MAX5081 řadíme mezi snižující, DC/DC měniče s PWM a vestavěným high – side spínacím prvkem, taktovaným na 250 kHz. Vstupní napěťový rozsah činí

  • 4,5 V až 40 V pro MAX5080 a
  • 7,5 V až 40 V pro MAX5081,

přičemž výstup lze nastavit v rozmezí od 1.23 V až do 32 V. Zatěžovací proudy mohou dosahovat až na 1 A. Aby byla zajištěna solidní odolnost proti rušení ve spínaném prostředí s vyšším napětím, využívají obě struktury řízení v napěťovém režimu. Vnější kompenzace zase podporuje maximální míru flexibility pro různé velikosti připojených indukčností nebo typy kondenzátorů.

Základní výhody:

  • Zjednodušuje návrh; možnost přímého propojení se základní deskou
  • Úspora z titulu integrovaných spínačů nebo kontroléru, pracujícího v napěťovém režimu

Zvýšení spolehlivosti systému speciálními kontroléry, podporujícími hlavní a také záložní napájení

MAX5079

Typické zapojení obvodu MAX5079, podporující hlavní a také záložní napájecí zdroj

Kontroléry MAX5079, určené pro tranzistory typu MOSFET s funkcí logického součtu OR (OR-ing) nahrazují obdobně fungující diody, používané ve vysoce spolehlivých, redundantních, paralelně spojovaných napájecích zdrojích. Schottkyho diody tak nahrazujeme výkonovými MOSFETy s kanálem typu n a malým vlastním odporem v sepnutém stavu. Struktura MAX5079 pracuje již od 2,75 V až do 13,2 V a nabízí nábojovou pumpu, podporující buzení připojeného high – side MOSFETu s kanálem typu n. Celek je zapouzdřen do 14vývodového provedení pouzdra TSSOP a zvládá teplotní rozsah od -40 °C až do +85 °C.

Základní výhody:

  • Zmenšuje počet drahých, externích součástek
    • Výstavba redundantních systémů bez neřestí, provázejících Schottkyho diody a jejich výkonové ztráty
  • Snížení nákladů
    • Malá výkonová ztráta
    • Menší rozměry pouzdra TSSOP
    • Výkonové aplikace se mohou obejít bez chladiče

Budič transformátoru s vysokou mírou integrace zjednoduší návrh odděleného napájecího zdroje

MAX256

Obvody MAX256 navrhujeme do napájecích zdrojů bez regulace s výkony do 3 W

V systémech, vyžadujících nízkovýkonové, izolované napájecí zdroje může běžně používaný spínaný regulátor s uzavřenou smyčkou zbytečně zvyšovat složitost celého řešení a tudíž i výslednou cenu. Vhodným řešením se tak stává např. obvod MAX256, vnášející potřebnou jednoduchost odděleného řešení. Snadno tak vyřešíme neregulované, dopředné měniče s plným můstkem, výkony až do 3 W a vstupním napětím v rozsahu od 3 V až do 5,5 V.

Na čipu nalezneme

  • oscilátor,
  • ochranné struktury a také
  • interní budiče s FETy,

dodávající do primárního vinutí transformátoru až 3 W. Obvody MAX256 pracují s interním, nastavitelným oscilátorem nebo se v případě zvýšených požadavků na vykazované EMI nechávají budit vnějšími hodinami. Pouzdro typu SO s rozšířenou tepelnou působností má osm vývodů a zvládne automobilový teplotní rozsah -40 °C až +125 °C.

Základní výhody:

  • Integrované ochranné prvky brání poruchám, vznikajícím na systémové úrovni
    • Teplotní shutdown
    • Podpěťový zámek (Undervoltage Lockout, UVLO)
    • Taktování s watchdogem
  • Režimy s vnitřním / vnějším taktováním umožňují optimalizovat systémové parametry
    • Vestavěný oscilátor, nepotřebuje vnější taktování
    • V režimu s externí synchronizací zase vylepšíme parametry v otázce EMI
  • Vestavěné push – pull budiče

Příště se budeme věnovat kalibracím a také korekcím výrobních tolerancí.

Použitá literatura:

Download a odkazy:

 

Hodnocení článku: