Понижающие DC/DC-преобразователи SILERGY с интегрированной индуктивностью готовы к отгрузке

17 июня 2024

На склад КОМПЭЛ поступили понижающие DC/DC-преобразователи SY98 с интегрированной индуктивностью (таблица 1) производства китайской компании Silergy, которые позволяют существенно сэкономить место на печатной плате. За счет встроенной в корпус микросхемы индуктивного элемента значительно упрощается как проектировка узла питания, так и его отладка. Для проектирования требуется только установить входные и выходные конденсаторы, нет необходимости рассчитывать резисторы обратной связи.

Все микромодули имеют синхронный выход (интегрированный MOSFET в нижнем плече), регулируемое выходное напряжение и рабочую температуру окружающей среды -40…°С.

Таблица 1. DC/DC-преобразователи SILERGY серии SY98xxx, доступные со склада КОМПЭЛ

SY98002AQNC и SY98003AQNC – идентичные по расположению выводов микромодули в корпусе QFN3×3-10, отличающиеся значениями выходного тока (рисунок 1). Для увеличения КПД при работе на малой нагрузке данные регуляторы переходят в режиме частотно-импульсной модуляции (ЧИМ).

Основные особенности:

• малое значение сопротивления встроенных MOSFET верхнего и нижнего плеча, составляющее 40/20 мОм для SY98002AQNC и 35/15 мОм для SY98003AQNC;
• входной диапазон питания 2,75…5,5 В;
• рабочий выходной ток 2 А для SY98002AQNC и 3 А для SY98003AQNC;
• высокая частота преобразования 3 МГц для минимизации величин внешних компонентов, таких как емкость конденсатора;
• встроенная схема мягкого пуска 0,8 с;
• потребление:
  • в режиме ожидания менее 100 нА;
  • в активном режиме 68 мкА (типовое).
• выходное напряжение, способное достигать величины входного напряжения (рабочий цикл 100%);
• индикатор «Power Good»;
• защита:
  • от перегрузки по току;
  • от пониженного входного напряжения;
  • от перегрева.
• максимальная рассеиваемая мощность до 2 Вт;
• корпус QFN3×3-10

Рис. 1. Схема включения SY98002AQNC и SY98003AQNC

Для расчета выходного напряжения резисторы делителя R_H и R_L рассчитываются по формуле 1:

$$R_{H}=\frac{(V_{OUT}-0,6 В)\times R_{L}}{0,6 В}\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$

Формула 1 справедлива для всех рассматриваемых микромодулей, так как внутренний источник опорного напряжения (ИОН) имеет одинаковую величину, равную 600 мВ.

В качестве входного конденсатора C_IN рекомендуется X7R или лучше с емкостью не менее 10 мкФ, распложенный как можно ближе к выводам IN и GND микромодуля.

В качестве выходного конденсатора C_OUT также рекомендуется применять X7R или лучше с емкостью не менее 40 мкФ и допустимым рабочим напряжением 6 В и более.

Для приложений с жесткими требованиями к переходному процессу следует добавить параллельно R_H керамический конденсатор C_ff номиналом 22 пФ с целью увеличения скорости реакции преобразователя при изменении входного напряжения или выходной нагрузки.

Рекомендаций по трассировке печатной платы, актуальные для всех рассматриваемых модулей:

• Чтобы свести к минимуму проблемы с шумом, необходимо расположить как можно ближе к выводам микромодуля конденсаторы C_IN и C_OUT. Площадь образованной ими петли должна быть как можно меньше.
• Для достижения наилучших тепловых и шумовых характеристик площади медных проводников печатной платы, подключаемых к выводу GND, должны быть как можно больше. Также желательно наличие на одном из слоев платы сплошного заземляющего полигона.
• Чтобы уменьшить сопротивление встроенной катушки индуктивности постоянному току, необходимо соединить между собой контакты LX. Для избежания потенциальной проблемы с шумом область соединения должна быть минимальной.
• Дорожка, соединяющая вывод FB, не должна проходить рядом с цепью LX.

Пример правильной трассировки представлен на рисунке 2.

Рис. 2. Пример трассировки печатной платы для SY98002AQNC и SY98003AQNC

Микромодуль SY98101THC (рисунки 2 и 3) имеет более широкий диапазон входного напряжения (до 18 В) и работает в режиме Instant PWM (терминология компании Silergy) для получения быстрой переходной характеристики. Назначение выводов микромодуля представлено в таблице 2.

Основные особенности:

• малое значение сопротивления встроенных MOSFET для верхнего и нижнего плеча, составляющее 130/120 мОм;
• входной диапазон питания 4,5…18 В;
• рабочий выходной ток 1 А;
• точность встроенного ИОН ±2% (600 мВ);
• псевдопостоянная частота коммутации 2 МГц;
• режим работы Instant PWM для получения быстрой переходной характеристики;
• встроенная схема мягкого пуска;
• типовое потребление в активном режиме 400 мкА;
• ограничение тока с откидыванием назад (Foldback Current Limiting) при КЗ;
• защита:
  • от перегрева с автовосстановлением;
  • от пониженного входного напряжения.
• поцикловое ограничение пикового тока;
• встроенный индуктор на 2,2 мкГн;
• выход Power Good;
• корпус QFN2.5×2.5-8.

Рис. 3. Типовая схема включения SY98101THC

Рис. 4. Внутренняя структура SY98101THC

Таблица 2. Назначение выводов SY98101THC

Пульсации тока через входной конденсатор CIN можно рассчитать по формуле 2. Чтобы минимизировать потенциальные проблемы с шумом, CIN следует разместить максимально близко к контактам IN и GND. Также необходимо позаботиться о том, чтобы площадь контура, образованного контактами CIN и IN/GND, была как можно меньше. Лучшим выбором для CIN будет керамический конденсатор X5R/X7R (или лучше) с низким ESR и емкостью не менее 4,7 мкФ.

$$I_{CIN\_RMS}=I_{OUT}\times \sqrt{D(1-D)},\qquad{\mathrm{(}}{2}{\mathrm{)}}$$

где D – это рабочий цикл преобразователя.

Добавление конденсатора Cff параллельно верхнему резистору делителя для сигнала обратной связи позволит увеличить скорость реакции на изменение нагрузки.

Индикатор Power Good представляет собой вывод с открытым стоком. Этот вывод будет подтянут к земле, если выходное напряжение составит менее 90% от установленного напряжения регулирования. В противном случае он перейдет в состояние с высоким импедансом.

Если для управления микромодулем используется сигнал с высоким импедансом в режиме выключения, для предотвращения ложного срабатывания преобразователя желательно добавить резистор 1 МОм между выводом EN и GND.

SY98103ATRC, в отличие от предыдущего микромодуля, инкапсулирован в корпусе QFN3×3-7 и не имеет вывода Power Good (рисунок 5). Однако он может выдавать больший выходной ток, обладает встроенным ИОН с увеличенной точностью и отличается меньшей частотой преобразования. В остальном все функции, принцип и режим работы полностью аналогичны SY98101THC.

Основные особенности:

• малое значение сопротивления встроенных MOSFET для верхнего и нижнего плеча, составляющее 50/30 мОм;
• входной диапазон питания 4,5…18 В;
• рабочий выходной ток 3 А;
• точность встроенного ИОН ±1% (600 мВ);
• псевдопостоянная частота коммутации 1 МГц;
• режим работы Instant PWM для получения быстрой переходной характеристики;
• встроенная схема мягкого пуска;
• типовое потребление в активном режиме 180 мкА;
• ограничение тока с откидыванием назад (Foldback Current Limiting) при КЗ;
• защита:
  • от перегрева с автовосстановлением;
  • от пониженного входного напряжения.
• поцикловое ограничение пикового тока;
• встроенный индуктор на 2,2 мкГн;
• выход Power Good;
• корпус QFN3×3-7.

Рис. 5. Типовая схема включения SY98103ATRC

В качестве выходного конденсатора COUT рекомендуется применение многослойных керамических моделей X5R/X7R с емкостью не менее 22 мкФ.

SY98202QNC – микромодуль с более широким диапазоном входного напряжения (до 23 В) и выходным током до 2 А (рисунок 6).

Основные особенности:

• малое значение сопротивления встроенных MOSFET для верхнего и нижнего плеча, составляющее 105/50 мОм;
• входной диапазон питания 4,5…23 В;
• рабочий выходной ток 2 А;
• точность встроенного ИОН ±1,5% (600 мВ);
• частота коммутации 1,7 МГц;
• типовое значение потребления в активном режиме 115 мкА;
• режим работы Instant PWM для получения быстрой переходной характеристики;
• поцикловое ограничение пикового тока;
• защита от перегрева;
• регулируемое время мягкого пуска;
• режим «икоты» (Hic-cup Mode) при КЗ на выходе;
• выход Power Good;
• корпус QFN3×3-10.

Рис. 6. Типовая схема включения SY98202QNC

В отличие от предыдущих модулей, SY98202QNC имеет регулировку времени плавного пуска (вывод SS) с помощью внешнего конденсатора Css. Это время (t_ss) можно рассчитать по формуле 3:

$$t_{ss}\:(мс)=\frac{C_{ss}\:(нФ)\times 0,6\:(В)}{5\:(мкА)}\qquad{\mathrm{(}}{3}{\mathrm{)}}$$