Серия мощных Flyback-преобразователей WD108xG от Wayon в корпусе TO220F-6
29 мая
Николай Вашкалюк (Компэл)
Компания Wayon одной из первых в Китае запустила в массовое производство линейку мощных квазирезонансных высоковольтных AC/DC-преобразователей в корпусе TO220F-6, способных конкурировать с аналогичной продукцией ведущих западных производителей.
WD108xG – это высокопроизводительный обратноходовой (flyback) квазирезонансный (QR) преобразователь с низким энергопотреблением и высоким КПД.
В нормальном состоянии WD108xG работает в режиме QR, и для уменьшения коммутационных потерь максимальная рабочая частота ограничена 100 кГц. При уменьшении нагрузки микросхема переходит в режим ЧИМ (PFM), а при небольшой выходной мощности или полном отсутствии нагрузки (холостой ход) преобразователь начинает работать в пакетном режиме (burst mode) с частотой переключения около 24 кГц, тем самым снижая энергопотребление. Минимальная частота пакетного режима выбрана выше частоты звукового диапазона для устранения паразитных звуков, слышимых человеческим ухом.
WD108xG имеет очень малые токи – как пусковой (2 мкА), так и рабочий (1,5 мА). Встроенный драйвер затвора с функцией мягкого переключения оптимизирует электромагнитный шум. В то же время чип обеспечивает широкий набор защит, включающий защиту от перегрузки по току (OCP) и от перегрузки в выходной цепи (OLP), блокировку при пониженном напряжении (UVLO), защиту от перегрева (OTP), от перенапряжения (OVP), поцикловое ограничение тока.
Серия состоит из четырех микросхем (таблица 1), мощностью от 200 до 400 Вт, но серийно пока выпускается только одно изделие – WD1082GDET, образцы которого имеются на складе Компэл. Более мощные варианты микросхем находятся в стадии разработки и покавременно недоступны для заказа.
Таблица 1. Серия WD108xG
| Наименование | Выходная мощность, Вт | Сопротивление канала RDS(ON), Ом | Корпус |
|---|---|---|---|
| WD1082GDET | 200 | 0,87 | TO220F-6 |
| WD1083GDET* | 250 | 0,75 | |
| WD1084GDET* | 350 | 0,65 | |
| WD1085GDET* | 400 | 0,56 |
* – в разработке.
Особенности:
- Встроенный МОП-транзистор на 700 В
- Выходная мощность до 400 Вт
- Шесть уровней энергоэффективности
- Регулировка на вторичной стороне (SSR)
- Мягкий пуск для уменьшения нагрузки на MOSFET
- Очень малый ток запуска и небольшое потребление в активном режиме
- Квазирезонансный токовый режим регулирования с максимальной частой 100 кГц
- Пакетный режим работы при малой нагрузке с частой коммутации выше восприятия человеческого уха
- Крайне малое потребление на холостом ходу
- Увеличение частоты коммутации при перегрузке
- Встроенный джиттер для улучшения электромагнитных помех
- Поцикловое ограничение тока
- Защиты с самовосстановлением: UVLO, OLP, OTP, OVP, SC
- Корпус TO220F-6
Схема включения, расположение и назначение выводов преобразователя показаны на рисунках 1, 2 и в таблице 2.
Рис. 1. Типовая схема включения WD108xG
Рис. 2. Расположение выводов
Таблица 2. Описание выводов микросхемы
| Номер вывода | Наименование вывода | Функция |
|---|---|---|
| 1 | VDD | Напряжение питания контроллера |
| 2 | FB | Сигнал обратной связи |
| 3 | GND | Общий проводник |
| 4 | PRT | Детектор для контроля QR режима |
| 5 | CS | Вход датчика тока |
| 6 | DRAIN | Сток встроенного силового МОП-транзистора |
WD108xG имеет высокую степень интеграции (см. структурную схему на рисунке 3), а богатый набор функций защит делают данную серию микросхем крайне надежной.
На время запуска конденсатор Cvdd заряжается через гасящий резистор Rstart до тех пор, пока напряжение на выводе VDD не достигает 18,1 В. После запуска, питание контроллера осуществляется уже от вспомогательной обмотки трансформатора. Типовые значения пускового и рабочего токов составляют 2 мкА и 1,5 мА, соответственно. Внутренний компаратор схемы UVLO контролирует питание на выводе VDD, и при падении напряжения ниже 8,3 В схема останавливает работу контроллера. В таком состоянии микросхема будет находиться до тех пор, пока напряжение на VDD снова не достигнет 18,1 В, после чего нормальный режим работы будет автоматически восстановлен.
Основные параметры преобразователя представлены в таблице 3.
Рис. 3. Структурная схема WD108xG
Таблица 3. Основные параметры
| Обозначение | Параметр | Условия теста | Значение | Единицы | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Мин. | Тип. | Макс. | ||||
| I DD_ST | Ток запуска (VDD) | VDD=16 В | – | 2 | 5 | мкА |
| I DD_OP | Рабочий ток (VDD) | VDD=20 В, FB=3 В, CS=3,8 В | – | 1,5 | 2,5 | мА |
| I DD_Burst | Ток в пакетном режиме | VDD=20 В, FB=0,5 В, CS=0 В | – | 0,57 | 0,75 | мА |
| VUVLO(ON) | Блокировка UVLO (VDD) | При падении VDD | – | 8,3 | – | В |
| OVP | Защита от перенапряжения (VDD) | FB=3 В, CS=0 В | 27,7 | 29,2 | 30,7 | В |
| ZFB_IN | Входное сопротивление вывода FB | – | – | 30 | – | кОм |
| fOSC_QR | Частота работы в режиме QR | – | 50 | – | 82 | кГц |
| fJITTERING | Частота джиттера | – | 250 | – | Гц | |
| SST_freq | Время мягкого пуска | – | 30 | – | мс | |
| fBURST | Частота работы в пакетном режиме | – | 24 | – | кГц | |
| TA
|
Рабочая температура | – | -40 | – | 85 | °С |
| OTP | Защита от перегрева | – | 135 | – | °С | |
| BVDSS | Напряжение пробоя встроенного МОП-транзистора | – | 700 | – | – | В |
| RDS(ON) | Сопротивление канала (WD1082G) | VGS = 10 В, IDS = 6 А | – | – | 0,87 | Ом |
| Сопротивление канала (WD1083G) | VGS = 10 В, IDS = 6,5 А | – | – | 0,75 | Ом | |
| Сопротивление канала (WD1084G) | VGS = 10 В, IDS = 7 А | – | – | 0,65 | Ом | |
| Сопротивление канала (WD1085G) | VGS = 10 В, IDS = 9 А | – | – | 0,56 | Ом | |
WD108xG имеет встроенные функции защиты от перегрузки и КЗ: при возникновении данных сценариев петля обратной связи повышает напряжение на выводе FB (рисунок 1), и при достижении 4,3 В внутренняя схема обнаружения генерирует сигнал задержки длительностью 15 мс с последующим отключением силового МОП-транзистора и шунтированием цепи VDD до тех пор, пока схема не перезапустится. При этом каждый перезапуск сопровождается процессом плавного пуска (soft start) для уменьшения напряжения перерегулирования, возникающего в силовом ключе во время запуска.
WD108xG использует режим контроля пикового тока (peak current mode, PCM) для регулирования выходного напряжения и поциклового ограничения тока. Пиковый ток коммутации определяется напряжением на резисторе, подключенном к выводу CS (рисунок 1), а рабочий цикл зависит от сигнала измерения тока и напряжения обратной связи FB. Если напряжение CS превышает пороговое напряжение, внутренний компаратор выдает сигнал на отключение силового транзистора. Всякий раз, когда силовой MOSFET включается, на резисторе CS происходит выброс тока из-за обратного восстановления снабберного диода в демпфирующей цепи. Чтобы избежать возможного ложного срабатывания, имеется встроенная схема гашения переднего фронта (leading edge blanking circuit, LEB), которая отсекает обнаруженный выброс напряжения в начале каждого цикла. Во время работы схемы LEB, компаратор, ограничивающий ток силового ключа, деактивируется.
Встроенная схема компенсации (slope compensation) добавляет линейное напряжение к входному напряжению датчика тока (вывод CS) для генерации ШИМ. Это значительно улучшает стабильность замкнутого контура при переходе в режим неразрывных токов (continuous conduction mode, CCM) и предотвращает субгармонические колебания, тем самым снижая пульсации выходного напряжения.
Большую часть потерь в импульсных источниках питания составляют коммутационные потери в МОП-транзисторе и трансформаторе. Эта часть тесно связана с частотой переключения: чем она ниже, тем меньше потерь. В условиях холостого хода или небольшой нагрузки контроллер автоматически активирует пакетный режим работы (burst mode), который снижает частоту ШИМ путем регулирования времени выключения силового транзистора. Чтобы избежать звукового шума, минимальная частота ШИМ установлена на 24 кГц. Переход в пакетный режим происходит при напряжении обратной связи FB ниже порогового уровня VREF_BURST_L, равного 1,3 В.
Для уменьшения электромагнитных помех микросхема WD108xG имеет встроенный джиттер 250 Гц, который подмешивается к сигналу формирования основной частоты коммутации.
Вывод PRT используется для детектирования перенапряжения на входе и на выходе преобразователя. Измерения этих параметров разделены во времени, что позволяет использовать всего один вывод для детектирования двух сигналов.
Габаритные размеры преобразователя приведены на рисунке 4.
Рис. 4. Габаритные размеры корпуса TO220F-6
Крупнейший в Китае производитель силовых MOSFET и один из ведущих поставщиков компонентов защиты силовых цепей, компания WAYON была основана в 1996 году в Шанхае сотрудниками экспериментальной лаборатории проводящих полимеров Шанхайского научного института материаловедения.
Первым вышедшим на рынок продуктом новой компании стал в 1998 году керамический предохранитель с положительным температурным коэффициентом (ПТК). К 2005 году компания стала вторым по объему производителем предохранителей с ...читать далее
Наши информационные каналы