60 فولت و 100 فولت ، محولات منخفضة الذكاء / SEPIC / معكوسة لإمدادات طاقة مدمجة وكفاءة عالية ومنخفضة EMI

“تتطلب أسواق السيارات والأسواق الصناعية مصادر طاقة تعمل في درجات حرارة منخفضة وتناسب المساحات الضيقة وتفي بمعايير EMI المنخفضة. تفي منظمات التبديل LT8362 و LT8364 و LT8361 بهذه المتطلبات في طبولوجيا التعزيز أو SEPIC أو المقلوبة. يدعم كل جهاز نطاق إدخال واسع من 2.8 فولت إلى 60 فولت ، وهو مناسب للبيئات الصناعية أو الخاصة بالسيارات ، ويتميز بإمكانية وضع الذكاء المنخفض (وضع الاندفاع®) ، ويوفر SSFM اختياريًا لتقليل EMI.صُممت هذه الأجهزة بمفاتيح طاقة قوية وموثوقة 60 V / 2 A و 60 V / 4 A و 100 V / 2 A (تعمل بكفاءة على ترددات تصل إلى 2 ميجاهرتز) ، وتوفر هذه الأجهزة طاقة عالية في المساحات الضيقة مع تلبية المتطلبات الصارمة الحرارية و متطلبات EMI

“

بقلم جوي يورجيلون وخيسوس روساليس ومارك ماروزيك

تتطلب أسواق السيارات والأسواق الصناعية مصادر طاقة تعمل في درجات حرارة منخفضة وتناسب المساحات الضيقة وتفي بمعايير EMI المنخفضة. تفي منظمات التبديل LT8362 و LT8364 و LT8361 بهذه المتطلبات في طبولوجيا التعزيز أو SEPIC أو المقلوبة. يدعم كل جهاز نطاق إدخال واسع من 2.8 فولت إلى 60 فولت ، وهو مناسب للبيئات الصناعية أو الخاصة بالسيارات ، ويتميز بإمكانية وضع الذكاء المنخفض (وضع الاندفاع®) ، ويوفر SSFM اختياريًا لتقليل EMI. صُممت هذه الأجهزة بمفاتيح طاقة قوية وموثوقة 60 V / 2 A و 60 V / 4 A و 100 V / 2 A (تعمل بكفاءة على ترددات تصل إلى 2 ميجاهرتز) ، وتوفر هذه الأجهزة طاقة عالية في المساحات الضيقة مع تلبية المتطلبات الصارمة الحرارية و متطلبات EMI.

مدخلات السيارات عابرة وقبل التعزيز

مع الزيادة الهائلة في المحتوى الإلكتروني في سيارات اليوم ، تضاعف عدد مصادر الطاقة ، وكثير منها يتطلب تحويلًا مباشرًا لمجموعة واسعة من الفولتية للبطارية إلى مخرجات قابلة للاستخدام. تتمتع جميع الأجهزة في عائلة LT836x بجهد إدخال أدنى يبلغ 2.8 فولت ويمكن أن تعمل في تطبيقات الكرنك البارد أو تطبيقات بدء التشغيل ؛ أقصى قدرة لجهد الإدخال تبلغ
60 فولت للتعامل مع عابرات جهد الدخل العالي مثل انقطاع التيار الكهربائي.

هذا النطاق الواسع لجهد الدخل يجعل عائلة LT836x مثالية لتطبيقات التعزيز المسبق للسيارات. تتطلب منظمات باك السيارات مرحلة التعزيز المسبق في التطبيقات التي قد ينخفض ​​فيها جهد دخل البطارية إلى ما دون جهد خرج باك. توفر LT8361 و LT8362 و LT8364 التعزيز اللازم خلال فترات انخفاض طاقة البطارية ، أثناء إيقاف التشغيل عند جهد البطارية العادي أو أثناء انقطاع التيار الكهربائي مع استهلاك منخفض للغاية للطاقة.

الشكل 1. توفر محولات LT836x تعويض الانحدار الكامل المطلوب للتشغيل العادي عند الوصول إلى الحد الأقصى لتيار مفتاح التبديل ، في حين أن الحد الأقصى الحالي لمفتاح التبديل لا يقلل من التيار المستمر مع دورة العمل.

مفتاح طاقة مستقر وموثوق

يتمثل أحد المتطلبات الرئيسية لأي منظم تبديل في توفير طاقة كافية لتطبيق معين عبر نطاق جهد الدخل بالكامل مع الحفاظ على التشغيل الموثوق به. تتميز مفاتيح الطاقة هذه بالقوة ، وتوفر تيارات جهد / ذروة تبلغ 60 فولت / 2 أمبير (LT8362) و 60 فولت / 4 أمبير (LT8364) و 100 فولت / 2 أمبير (LT8361) لدعم مجموعة واسعة من التطبيقات. بالإضافة إلى توسيع نطاق جهد الدخل لمحولات SEPIC والمحولات العكسية ، فإن تصنيفات جهد تحويل الطاقة العالية لعائلة LT836x تعمل أيضًا على توسيع قدرة جهد الخرج.

الحد الأقصى لتوصيل الطاقة: الحد الحالي المسطح ودورة العمل

لزيادة توصيل الطاقة إلى أقصى حد عبر نطاق جهد الإدخال بالكامل ، تحافظ مجموعة مفاتيح الطاقة LT836x على ثبات حد تيار مفتاح الذروة على مدى دورة العمل بأكملها. ما هو تيار التحويل المعلن عنه ، يمكن للمستخدم الحصول على نفس القدر من الحالية دون أي خصم. هذه ميزة مهمة على بعض المحولات حيث قد ينخفض ​​الحد الأقصى الحالي لمفتاح التبديل بنسبة 30 ٪ أو أكثر في دورات التشغيل العالية.

عادةً ما تعوض محولات DC-DC ذات الوضع الحالي عن المنحدرات حد تيار مفتاح الذروة لتجنب التذبذبات دون التوافقية عند الوصول إلى الحد الأقصى الحالي لمفتاح التبديل. الجانب السلبي هو أنه مع زيادة دورة العمل (مع انخفاض جهد الدخل) ، ينخفض ​​حد تيار مفتاح الذروة. توفر عائلة LT836x تعويض الانحدار الكامل المطلوب للتشغيل العادي عند الوصول إلى الحد الأقصى لتيار مفتاح التبديل ، في حين أن الحد الأقصى الحالي لمفتاح التبديل لا يؤدي إلى تدهور التيار المستمر مع دورة العمل.

تردد التشغيل 2 ميجا هرتز: مزودات طاقة مضغوطة فوق نطاق AM

لتلبية الحاجة إلى مصادر طاقة مضغوطة ، تستخدم محولات DC-DC ترددات تحويل عالية لتقليل حجم الجهاز وتكلفته. بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب تطبيقات السيارات التشغيل فوق نطاق AM ، ودفع الترددات حتى 2 ميجا هرتز.

تقليديا ، تؤدي ترددات التحويل العالية إلى زيادة خسائر التبديل ونطاق محدود لدورة العمل. تستخدم عائلة LT836x محركات تشغيل سريعة لمفاتيح الطاقة لتقليل خسائر التبديل ، ولديها حد أدنى قصير جدًا من أوقات التشغيل والإيقاف لدعم نطاق تحويل واسع حتى عند 2 ميجا هرتز. على سبيل المثال ، تعمل العديد من التطبيقات تقليديًا بسرعة 400 كيلو هرتز لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة ، وتتيح عائلة LT836x تقليل الخسائر ونطاق دورة تشغيل أعلى. يظهر الأداء الحراري لكل طوبولوجيا معنية (التعزيز ، SEPIC ، والانعكاس) في الشكل 2.

الشكل 2. الأداء الحراري لتصميمات LT8362 Cuk المقلوبة ، وتعزيز LT8364 ، وتصميمات LT8361 SEPIC.

وضع الاندفاع للعملية: كفاءة عالية في الأحمال الخفيفة

تعد الكفاءة العالية في الأحمال الخفيفة ميزة أساسية في بيئة السيارات ، وهو أمر بالغ الأهمية لإطالة عمر البطارية. من خلال وضع التشغيل المتتابع القابل للتحديد (يمكن تحديده باستخدام دبوس SYNC / MODE) ، توفر عائلة LT836x كفاءة عالية في الأحمال الخفيفة (انظر الجدول 2). في ترددات التحويل المنخفضة ، يستخدم وضع التشغيل المتقطع نبضات تحويل فردية متباعدة بشكل متساوٍ لتقليل خسائر التبديل مع تقليل تموج جهد الخرج. تسحب عائلة LT836x تيارًا منخفضًا يصل إلى 9 أمبير من دبابيس الإدخال في وضع السكون العميق أو في وضع التمرير في تطبيقات التعزيز المسبق.

وضع SSFM: جميع الهياكل الثلاثة متوافقة مع CISPR 25 الفئة 5

عائلة LT836x قادرة على تلبية معايير CISPR 25 من الفئة 5 باستخدام وضع تعديل تردد الطيف المنتشر (SSFM) وتخطيط اللوحة المناسب مع بعض الترشيح.

في البيئات الحساسة للتأثيرات الكهرومغناطيسية ، يتجنب المصممون تقليديًا تبديل المنظمين. تزيد السعة الكبيرة والحلقات الساخنة المزعجة لمنظم التبديل من أهمية تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور لتحقيق أداء EMI جيد وحلول صغيرة الحجم ، مما يضع عبئًا على تصميم وتصنيع اللوحة. تتضمن الدوائر التجريبية للمصنع لطرازات LT8362 و LT8364 و LT8361 مرشحات الإدخال / الإخراج الضرورية وتخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور مثالي لتلبية CISPR 25 من الفئة 5 (تم اختباره) عند تحديد وضع SSFM (انظر الجدول 2). يتم استبعاد المحولات إلى حد كبير من اعتبارات EMI ، مما يقلل من وقت تطوير التطبيق والتكلفة. يوضح الشكل 4 نتائج اختبار EMI لحل التعزيز.

الشكل 3. حل محول مدمج منخفض الكهرومغناطيسي.

الشكل 4. نتائج اختبار EMI لحل دفعة LT8364.

أفضل ما في العالمين: وضع الاندفاع و SSFM

حتى وقت قريب ، كان اختيار وضع SSFM لتقليل EMI يعني أيضًا أنه يجب استخدام وضع تخطي النبض الأقل كفاءة في الأحمال الخفيفة ، لكن عائلة LT836x لا تحتاج إلى هذه المقايضة. ما عليك سوى إضافة مقاوم 100kΩ بين دبوس SYNC / MODE والأرض (انظر الجدول 2) ، تنتقل عائلة LT836x بسلاسة من وضع SSFM إلى عملية الاندفاع عندما يكون الحمل خفيفًا. والنتيجة هي انخفاض EMI وكفاءة عالية في جميع الأحمال.

الشكل 5. تخطي النبض مقابل وضع التشغيل المتواصل لحل التعزيز LT8362 (إدخال 24 فولت ، خرج 48 فولت).

الحزم وتوافق الدبوس وتقييمات درجة الحرارة

بالنسبة للعملاء الذين يفضلون الحزمة المحتوية على الرصاص ، يتوفر كل جهاز في MSE TSSOP ذي 16 (12) دبوسًا متوافقًا مع دبوس ، مع إزالة أربعة دبابيس لتتوافق مع متطلبات تباعد دبوس HV. للحصول على حل أصغر ، يتوفر LT8362 و LT8364 أيضًا في حزم DFN. LT8362 (3 مم × 3 مم) 10 سنون DFN متوافق مع LT8364 ويمكن وضعه على مساحة (4 مم × 3 مم) LT8364 12 سنًا DFN ثنائي الفينيل متعدد الكلور (انظر الشكل 6). تحتوي جميع العبوات على وسادة أرضية مكشوفة محسّنة حرارياً ومتوفرة بدرجات درجات الحرارة E و I و H.

الشكل 6. توافق الدبوس لحزم LT8361 و LT8362 و LT8364.

Boost / SEPIC / Inverting: دبوس FBX لإخراج إيجابي أو سلبي

يوفر دبوس FBX الفردي جهد إخراج موجب وسالب ، مما يتيح لجميع الهياكل. تتوفر التطبيقات العكسية مثل التعزيز أو SEPIC ، مما يوفر وقت التصميم والجهد.

دفعة تحويل

تتطلب بعض التطبيقات جهد خرج أعلى من جهد الدخل ، وقدرة إدخال عائلة LT836x من 2.8 فولت إلى 60 فولت ونطاق تصنيف مفتاح الطاقة يجعلها مثالية للعديد من تطبيقات محول التعزيز. بالنسبة لتصميمات نسبة التحويل الكبيرة ، قد يكون التشغيل في وضع التوصيل المتقطع (DCM) هو الحل الأفضل ؛ يمكن أن يوفر وضع التوصيل المستمر (CCM) طاقة خرج أعلى.

المحول في الشكل 7 هو محول LT8364 IQ المنخفض ، و EMI المنخفض ، و 2 MHz ، و 24 V المحول مع SSFM و CISPR 25 من الفئة 5 المشعة والامتثال EMI (الشكل 4). بجهد دخل 12 فولت ، يحقق التطبيق بسهولة ذروة كفاءة تصل إلى 94٪.

الشكل 7. محول تعزيز الإخراج LT8364 ، 2 ميجا هرتز ، 24 فولت متوافق مع CISPR 25 الفئة 5 (انظر الشكل 4).

محول SEPIC

قد يكون جهد الدخل لتطبيقات السيارات والتطبيقات الصناعية أعلى أو أقل من جهد الخرج المطلوب. بالنسبة لتطبيقات محول DC-DC التي تحتاج إلى تعزيز الإدخال وتنحيه ، غالبًا ما تكون طوبولوجيا SEPIC هي الحل. يدعم SEPIC التطبيقات التي تتطلب فصل الإخراج لضمان عدم وجود جهد خرج أثناء إيقاف التشغيل ، ويتحمل أخطاء دائرة قصر الإخراج نظرًا لعدم وجود مسار تيار مستمر من الإدخال إلى الإخراج. تم تصنيف المفاتيح عند 60 فولت / 100 فولت ، ولها حد أدنى قصير من أوقات التشغيل والإيقاف ، وتدعم نطاق جهد دخل عريض. توفر عائلة LT836x دبوس BIAS اختياريًا يمكن استخدامه كمصدر إدخال ثان لمنظم INTVCC لتحسين الكفاءة.

يستخدم محول SEPIC في الشكل 8 LT8361 لإثبات تعدد استخدامات المحول المصنف 100 فولت. يجب أن يكون معدل جهد التبديل أكبر من مجموع جهد الدخل والإخراج الأقصى. مع إدخال 48 فولت ومخرج 24 فولت ، يتعامل المفتاح بسهولة مع 72 فولت المطلوبة. عندما يكون الإدخال أكبر من الناتج ، يتم توصيل دبوس BIAS بـ VOUT لتحسين الكفاءة. عند التشغيل في وضع SSFM ، يفي التطبيق بمعايير CISPR 25 من الفئة 5 المشعة والموجودة EMI (الشكل 9). تبلغ كفاءة الذروة عند إدخال 12 فولت 88٪.

الشكل 8. محول LT8361 ، 400 كيلو هرتز ، 24 فولت الناتج SEPIC متوافق مع CISPR 25 الفئة 5 EMI.

الشكل 9. نتائج اختبار EMI لحل LT8361 SEPIC.

محول عكسي

تُستخدم مصادر الطاقة السلبية بشكل شائع في الإلكترونيات اليوم. ومع ذلك ، بالنسبة للعديد من التطبيقات ، تتوفر فقط الفولتية الإيجابية للإدخال. عند تكوينها في طوبولوجيا معكوسة ، يمكن لعائلة LT836x أن تنظم من الفولتية الموجبة للإدخال أعلى أو أقل من حجم جهد الخرج السالب. كما هو الحال مع طوبولوجيا SEPIC ، فإن معدل التحويل العالي البالغ 60 فولت / 100 فولت وأوقات التشغيل وإيقاف التشغيل الأدنى القصيرة تدعم نطاق جهد دخل عريض.

يعمل عند 2 ميجاهرتز ، يوفر LT8362 طريقة سهلة لتوليد جهد سلبي من مصدر إدخال موجب ، كما هو موضح في الشكل 10 – معدل ذكاء منخفض ، EMI منخفض ، 2 ميجاهرتز ، -12 فولت محول عكسي باستخدام SSFM. يمكن أن يعمل التطبيق من مدخلات تصل إلى 42 فولت (| VOUT | + VIN60 V) مع مفتاح 60 فولت قوي. عند VIN 12 فولت ، يمكن أن تصل كفاءة الذروة إلى 85٪. في وضع تشغيل SSFM ، يفي التطبيق بمعايير CISPR 25 من الفئة 5 المشعة والموجودة EMI (الشكل 11).

الشكل 10. محول قلب الخرج LT8362 ، 2 MHz ، -12 V متوافق مع CISPR 25 Class 5 EMI.

الشكل 11. نتائج اختبار EMI للحل المقلوب LT8362.

ختاماً

لتلبية احتياجات أسواق السيارات والأسواق الصناعية لإمدادات طاقة مدمجة وعالية الكفاءة ومنخفضة EMI ، توفر عائلة LT836x محركات LT8362 القوية (60 فولت / 2 أمبير) و LT8364 (60 فولت / 4 أمبير) و LT8361 (100 فولت / 2 أ) تبديل المنظم ويدعم التعزيز ، SEPIC وطبولوجيا معكوسة. إن وضع التشغيل المنخفض لمعدل الذكاء ، والحد الحالي للتبديل المسطح على نطاق دورة العمل ، وخسائر التحويل المنخفضة عند تردد التشغيل 2 ميجاهرتز ، ونطاق الإدخال الواسع من 2.8 فولت إلى 60 فولت يجعل هذه الأجهزة أفضل بكثير من نظيراتها.
من خلال تخطيط لوحة العرض التوضيحي المناسب وتصميم المرشح واستخدام وضع SSFM ، يمكن تحقيق أداء منخفض لـ EMI لتلبية معايير CISPR 25 Class 5 EMI.

جميع الأجهزة متوافقة مع 16 (12) MSE pin ، LT8362
(3 مم × 3 مم DFN (10)) و LT8364 (4 مم × 3 مم DFN (12)) متوافقة مع الأبعاد ، مما يسهل تطوير التصميم. جميع الأجهزة في عائلة LT836x متوفرة بدرجات الحرارة E و I و H.

الجدول 1. محولات معدل الذكاء المنخفض / SEPIC / المحولات العكسية ؛ يتم تمييز الأجهزة الموضحة في هذه المقالة.

	LT8362	LT8364	LT8361	LT8330	LT8331	LT8335
وضع الاندفاع الذكاء	9	9	9	6	6	6
مدى جهد المدخلات	2.8 فولت إلى 60 فولت	2.8 فولت إلى 60 فولت	2.8 فولت إلى 60 فولت	3V إلى 40V	2.8 فولت إلى 60 فولت	3V إلى 25V
تردد التبديل القابل للبرمجة / الثابت	300 كيلو هرتز إلى 2 ميجا هرتز	300 كيلو هرتز إلى 2 ميجا هرتز	300 كيلو هرتز إلى 2 ميجا هرتز	2 ميجا هرتز	من 100 كيلوهرتز إلى 500 كيلوهرتز	2 ميجا هرتز
تعديل تردد الطيف المنتشر من أجل انخفاض EMI	نعم	نعم	نعم
جهد تبديل الطاقة / التيار	60 فولت / 2 أمبير	60 فولت / 4 أمبير	100 فولت / 2 أمبير	60 فولت / 1 أمبير	140 فولت / 0.5 أمبير	28 فولت / 2 أمبير
حزمة	3 مم × 3 مم DFN ، 16 (12) دبوسًا MSE	4 مم × 3 مم DFN ، 16 (12) دبوس MSE	16 (12) دبابيس MSE	3 مم × 2 مم DFN ، TSOT-23	16 (12) دبابيس MSE	3 مم × 2 مم DFN
فئة درجة الحرارة	ه ، أنا ، ح	ه ، أنا ، ح	ه ، أنا ، ح	ه ، أنا ، ح	ه ، أنا ، ح	ه ، أنا ، ح

الجدول 2. أوضاع التشغيل التي تدعمها عائلة LT836x.

إدخال دبوس SYNC / MODE	أوضاع العمل المدعومة
(1) GND أو	وضع الاندفاع للعملية
(2) ساعة خارجية	نبضة تخطي / مزامنة
(3) 100 kΩ المقاوم لـ GND	انفجار / SSFM
(4) عائم (دبوس مفصول)	تخطي النبض
(5) INTVCC أو> 1.7 فولت	النبض التخطي / SSFM
فئة درجة الحرارة	ه ، أنا ، ح

جوي يورجيلون [[email protected]]هو مهندس تصميم IC تناظري في طاقة الأجهزة التناظرية بالقسم الخطي في Milpitas ، كاليفورنيا. تشمل اهتماماته القياس عن بعد IC لإدارة الطاقة والمحولات المعززة المتجانسة / SEPIC / المحولات العكسية مع التركيز على حلول انحياز APD عالية الجهد لليدار للسيارات. تخرج جوي من جامعة نيفادا في لاس فيغاس بدرجة البكالوريوس في الهندسة الكهربائية. انضم إلى Linear Technology (الآن جزء من ADI) في عام 2016 ، وقد عمل سابقًا في كل من القطاعين العام والخاص.

يسوع روساليس [[email protected]]مهندس تطبيقات في مجموعة التطبيقات في شركة Analog Devices في Milpitas ، كاليفورنيا. انضم إلى شركة Linear Technology Corporation (الآن جزء من ADI) في عام 1995 كمهندس مساعد ؛ تمت ترقيته إلى مهندس تطبيقات في عام 2001. وقد قدم منذ ذلك الحين الدعم الفني لعائلة Boost / Inverting / SEPIC من المحولات المتجانسة وبعض وحدات التحكم في التطبيقات المعزولة غير المتصلة بالإنترنت. تخرج من كلية باي فالي التقنية عام 1982 بدرجة جامعية في الإلكترونيات.

مارك ماروزيك [[email protected]]هو مدير هندسة التصميم لقوة الأجهزة التناظرية بالقسم الخطي في ميلبيتاس ، كاليفورنيا. تشمل اهتماماته محولات التعزيز / المقلوبة / SEPIC المتجانسة ومحركات LED متعددة السلاسل ، مع التركيز على تطبيقات السيارات والصناعية. تركز مجموعته حاليًا على حلول انحياز APD عالية الجهد وإمدادات طاقة الصمام الثنائي الليزري ليدارات السيارات. تخرج مارك من جامعة إدنبرة في اسكتلندا بدرجة البكالوريوس والماجستير في الهندسة الكهربائية والإلكترونية. بين عامي 1988 و 1998 كان في ناشيونال أشباه الموصلاتتم تصميم وتصنيع الدوائر المتكاملة للطاقة المخصصة لموردي المستوى 1 في صناعة السيارات. انضم إلى شركة Linear Technology Corporation (الآن جزء من الأجهزة التناظرية) في عام 1998 كمصمم IC ذو قوة عالية.