Supertex: rozwiązania alternatywne

Transkrypt

1 2/2008 XXXXXXXXXXXXXXXX Xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Supertex: rozwiązania alternatywne Amerykańska firma Supertex oferuje swoim klientom podzespoły niespotykane w ofertach innych producentów, co stało się możliwe dzięki opanowaniu przez nią niełatwej technologii produkcji wysokonapięciowych układów scalonych. Zaowocowało to między innymi liniowych stabilizatorów przystosowanych do zasilania napięciem o wartości do 440 VDC oraz kilkoma innymi interesującymi układami, których możliwości przedstawiamy w artykule. Układy SR08 W ofercie produkcyjnej firmy Supertex znajduje się kilka grup układów przeznaczonych do pracy w różnego rodzaju zasilaczach, przystosowanych do bezpośredniego zasilania napięciami o dużych wartościach. Pokrótce je przedstawimy. Wysokonapięciowe stabilizatory liniowe Jednym z najbardziej uniwersalnych i najczęściej stosowanym na świecie regulowanym stabilizatorem napięcia dodatniego jest LM317. Firma Supertex oferuje dwa funkcjonalne odpowiedniki tego stabilizatora, ale przystosowane do zasilania napięciem o wartości do 450 VDC (LR8) i 100 VDC (LR12). Napięcie wyjściowe stabilizatorów wykonanych na tych układach można regulować za pomocą zewnętrznych rezystorów (podstawowy schemat aplikacyjny układów LR8 i LR12 pokazano na rys. 1), Materiały i dodatkowe informacje Dodatkowe materiały są dostępne na płycie dołączonej do numeru. Rys. 1. Podstawowy schemat aplikacyjny układów LR8 i LR12 w taki sam sposób jak ma to miejsce w LM317. Zakresy napięć wyjściowych wynoszą odpowiednio 1,2 440 VDC oraz 1,2 88 VDC, a maksymalna wydajność prądowa stabilizatorów wynosi 10 ma oraz 40 ma. Minimalny dopuszczony przez producenta spadek napięcia na stabilizatorze, zapewniający jego prawidłową pracę wynosi w przypadku prezentowanych układów 12 V. W odróżnieniu od klasycznego pierwowzoru układy LR8 i LR12 nie mogą pozostać nieobciążone, ponieważ grozi to ich niestabilną pracą. Obydwa układy wyposażono w zabezpieczenie termiczne i przeciwzwarciowe. Obydwa prezentowane układy można wykorzystać do zasilania bezpośrednio z sieci na przykład sterownika przetwornicy SMPS (rys. 2), w której będą spełniać one rolę zasilaczy startowych, a także jako wysokonapięciowe źródła prądowe aplikację z rys. 3 znają z pewnością wszyscy konstruktorzy korzystający w swoich opracowaniach z układów LM317. W ramach rodziny liniowych stabilizatorów napięcia firma Supertex oferuje ponadto dwa układy o fabrycznie ustalonych napięciach wyjściowych (8 12 VDC LR645 oraz ok. 21 VDC LR745), przy czym ich wydajność prądowa wynosi zaledwie 3 ma. Układ LR645 (rys. 4) producent wyposażył w wejście umożliwiające zmianę wartości napięcia wyjściowego za pomocą zewnętrznych rezystorów oraz wyjście, z którego można sterować zewnętrz 108

2 XXXXXXXXXXXXXXXX Xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 2/2008 Rys. 2. Przykładowa aplikacja układów LR8/LR12 nym tranzystorem mocy, dzięki czemu wydajność prądowa stabilizatora może się zwiększyć do 150 ma. Na schemacie z rys. 5 pokazano stabilizator napięcia +5 V zasilany bezpośrednio z sieci energetycznej, wykonany na układzie LR645. Z jego wyjścia jest zasilany drugi stabilizator, o napięciu wyjściowym 5 V. Tak wykonany zasilacz, podobnie do innych konstrukcji wykorzystujących wysokonapięciowe stabilizatory liniowe nie jest galwanicznie separowany od sieci energetycznej, co ogranicza możliwe obszary aplikacyjne. Wysokonapięciowe, bezindukcyjne stabilizatory impulsowe Rozwiązaniem interesującym dla fanów zasilaczy pozbawionych izolacji galwanicznej są układy SR086 i SR087. Rys. 3. Źródło prądowe wykonane na układach LR8 lub LR12 Na rys. 5 pokazano schemat zasilacza o napięciu wyjściowym regulowanym w zakresie 9 50 VDC i wydajności prądowej do 150 ma. Układy SR08x wyposażono w wewnętrzne stabilizatory liniowe o napięciu wyjściowym 3,3 V (SR086) i 5 V (SR087), których wydajność prądowa wynosi 1 ma. Jak można zauważyć, układy są zasilane dwupołówkowo wyprostowanym napięciem sieci, bez stosowania jakichkolwiek filtrów tętnień. Wynika to z zasady działania przetwornicy wbudowanej w układy zbocza połówek sinusoidy synchronizują jej pracę (dokładny opis zasady działania prezentowanych układów można znaleźć w nocie katalogowej SR08x). Na podobnej do układów SR08x zasadzie funkcjonują stabilizatory Układy HV780x Układy CL6/CL7 109

3 2/2008 XXXXXXXXXXXXXXXX Xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Rys. 4. Schemat blokowy układu LR645 Rys. 5. Schemat elektryczny stabilizowanego zasilacza +5 V wykonanego bez transformatora sieciowego SR036 i SR037, które bezpośrednio z wyprostowanego dwupołówkowo napięcia sieciowego wytwarzają napięcia stabilizowane o wartościach (odpowiednio) 3,3 V oraz 5 V. Wydajność prądowa tych stabilizatorów dochodzi do 50 ma, ale jej dokładna wartość zależy od warunków chłodzenia układu w konkretnej aplikacji. Wysokonapięciowe monitory natężenia prądu Pomiar natężenia prądu płynącego w obwodzie stało prądowym nie sprawia konstruktorom żadnych problemów, zwłaszcza od momentu gdy na rynku pojawiły się układy scalone spełniające funkcję wzmacniaczy transkonduktancyjnych, przetwarzających wartość natężenia prądu na łatwe do zmierzenia napięcie. Rolę czujników natężenia spełniają zazwyczaj rezystory, ale są dostępne także czujniki wyposażone w generatory Halla umożliwiające pomiar bezstykowy. Zastosowanie konwerterów tego typu znacznie ułatwia monitorowanie natężenia prądów płynących w liniach zasilających. Z myślą o aplikacjach wysokonapięciowych firma Supertex opracowała trzy układy służące do monitorowania natężenia prądu, przystosowane do zasilania napięciami o dużych wartościach (do 450 VDC). Dwa najprostsze funkcjonalnie układy HV7800 i HV7801 (rys. 7) konwertują spadek napięcia na rezystorze pomiarowym na napięcie z zakresu 0 +Vo, przy czym współczynnik konwersji w przypadku HV7800 wynosi 1 V / V, a w przypadku układu HV V / V. Maksymalny dopuszczalny Rys. 7. Schemat aplikacyjny układów HV7800 (wzmocnienie 1 V / V ) i HV7801 (wzmocnienie 5 V / V ) Rys. 6. Schemat elektryczny zasilacza o regulowanym napięciu wyjściowym i wydajności prądowej do 100 ma zasilanego bezpośrednio z sieci energetycznej 110

4 XXXXXXXXXXXXXXXX Xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 2/2008 Układ HV9911 spadek napięcia na rezystorze czujnikowym wynosi 500 mv. Nieco bardziej elastyczny aplikacyjnie jest układ HV7802, którego schemat aplikacyjny pokazano na rys. 8. Jego atutem w przypadku niektórych aplikacji jest możliwość ustalenia współczynnika konwersji, co ułatwia dostosowanie zakresu napięcia wyjściowego układ monitorującego np. do parametrów wejściowych przetwornika A/C. Warto zwrócić uwagę na fakt, że prezentowane układy nie są przystosowane do pomiaru natężenia prądu płynącego w dwóch kierunkach. Wysokonapięciowe zasilacze dla LED Kolejną rodziną układów oferowaną przez firmę Supertex do urządzeń zasilających, zdecydowanie mniej uniwersalną, ale niezwykle zbieżną z oczekiwaniami współczesnych Układ HV9912 konstruktorów są wysokonapięciowe źródła prądowe przeznaczone do zasilania LED. Producent oferuje układy oznaczone symbolem CL6 o fabrycznie ustalone wydajności prądowej 100 ma i napięciu zasilania o maksymalnej wartości 90 VDC (rys. 9), identyczny pod względem parametrów CL7 (dodatkowo wyposażony w wejście włączające Enable), prostszy aplikacyjnie CL25 (rys. 10) o wydajności prądowej 25 ma (układy te można łączyć równolegle w celu zwiększenia wypadkowej wydajności prądowej), a także potrójne źródła prądowe CL3xx (rys. 11) o wydajności prądowej (zależnie od typu układu): 20/25/30 ma w każdym kanale. Możliwości układów z serii CL są w naturalny sposób ograniczone, ale w ofercie firmy Supertex są dostępne także bardziej uniwersalne układy przeznaczone do zasilania LED. Konwerter DC/DC oznaczony symbolem HV9910/HV9910B (rys. 12) składa się z: liniowego stabilizatora napięcia o napięciu wyjściowym 7,5 V, przystosowanego do zasilania napięciem Rys. 9. Schemat aplikacyjny układu CL6 Rys. 8. Schemat aplikacyjny układu HV7802 Rys. 10. Schemat aplikacyjny układu CL25 111

5 2/2008 XXXXXXXXXXXXXXXX Xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Rys. 11. Schemat aplikacyjny układów CL3xx Rys. 12. Schemat aplikacyjny układów HV9910 i HV9910B Rys. 13. Schemat aplikacyjny układów HV9921/22/23 Rys. 14. Schemat aplikacyjny układu HV9925 o wartości do 450 VDC zapewnia on zasilanie drugiej części układu, generatora-sterownika PWM, z wyjścia którego jest zasilana bramka wysokonapięciowego tranzystora mocy. Zasilacz z układem HV9910/9910B pracuje jako źródło prądowe z regulacją natężenia prądu wyjściowego PWM. Obydwa układy wyposażono w wejścia służące do blokowania sygnału sterującego tranzystor mocy, co można wykorzystać do elektronicznego wyłączania przetwornicy lub impulsowej regulacji jasności zasilanych LED. Regulacja jasności jest możliwa także za pomocą napięcia o wartości z przedziału mv podawanego na wejście LD. Prostszym wariantem prezentowanych przetwornic są układy HV9921/22/23 (rys. 13), w których zintegrowano końcowe tranzystory mocy. Mogą być one zasilane bezpośrednio z sieci energetycznej, a ich wydajność prądowa (na wyjściu zastosowano źródło prądowe sterowane PWM) wynosi odpowiednio: 20/50/30 ma. Liczba za Układ HV9925 Układy HV

6 XXXXXXXXXXXXXXXX Xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 2/2008 silanych, szeregowo połączonych LED jest ograniczona wyłącznie sumą spadków napięć na ich złączach. Podobny do prezentowanych układ HV9925 (rys. 14) jest ich programowalną wersją, co oznacza, że konstruktor może samodzielnie dobrać wydajność prądową stopnia końcowego do wymagań zastosowanych LED, przy czym maksymalne natężenie prądu wyjściowego nie może przekroczyć wartości 50 ma. Supertex oferuje także uniwersalne sterowniki przetwornic impulsowych, przystosowane do zasilania napięciem do 90 VDC. Układ HV9912 może służyć do budowy przetwornic obniżających lub podnoszących napięcie wejściowe i regulacji natężenia prądu płynącego przez zasilane LED za pomocą zewnętrznego sygnału PWM. Przykładowy schemat aplikacyjny tego układu pokazano na rys. 15. Ostatnim układem z grupy zasilaczy LED jest HV9931, w którym zintegrowano wysokonapięciową przetwornicę z aktywnym korektorem współczynnika mocy. Układ wymaga zastosowania zewnętrznego stopnia mocy i może być zasilany bezpośrednio z sieci. Układ zaprojektowano w taki sposób, że nie ma konieczności stosowania w jego aplikacji kondensatorów elektrolitycznych, co zwiększa trwałość zasilacza. Wysokonapięciowe sterowniki SMPS W ofercie firmy Supertex znajdują się dwa uniwersalne sterowniki do zasilaczy SMPS, które podobnie do Rys. 15. Przykładowy schemat aplikacyjny układu HV9912 wcześniej opisanych układów mogą być zasilane wprost z sieci, napięciem o wartości do 450 VDC (pracują już od 12 VDC). Oferowane są dwa układy (HV9120 i HV9123), różniące się między sobą jedynie maksymalną wartością współczynnika wypełnienia (49/99%). Układy wyposażono w zabezpieczenia przeciwzwarciowe oraz termiczne, a także precyzyjne źródło napięcia odniesienia, dzięki czemu (choć nie tylko) dokładność stabilizacji napięcia wyjściowego nie jest gorsza niż +/ 2%. Wbudowany w układ szerokopasmowy wzmacniacz błędu umożliwia budowanie przetwornic taktowanych do kilkuset khz, dzięki czemu wymiary transformatora impulsowego mogą być niewielkie. Podsumowanie W artykule przedstawiliśmy skrótowy przegląd nowoczesnych podzespołów przeznaczonych do stosowania w różnego rodzaju zasilaczach, produkowanych przez firmę Supertex. Oferowane przez nią podzespoły charakteryzują się przystosowaniem do pracy w aplikacjach wysokonapięciowych, większość z nich może być zasilana wprost z siec energetycznej. Przedstawione w artykule przykłady aplikacji nie wyczerpują spektrum możliwości, zachęcamy do zapoznania się z notami aplikacyjnymi przygotowanymi przez konstruktorów z Supertex ich wybór publikujemy na płycie CD dołączonej do numeru. Piotr Zbysinski, EP 113