معرفی مبدل سوئیچینگ کاهنده TPS54202HDCCR

مبدل‌های DC/DC کاهنده شامل دو نوع آی‌سی‌های کنترلر و آی‌سی‌های مبدل می‌گردند، و تفاوت این دو در دارا بودن سوئیچ داخلی و یا استفاده از سوئیچ خارجی است. مبدلی که در این مقاله قصد معرفی آن را داریم، دارای سوئیچ داخلی و از سری SWIFT (Switchers with integrated FETs) از محصولات شرکت Texas instrument می‌باشد، در طراحی این سری از مبدل‌ها تمرکز اصلی بر روی محصولاتی با راندمان بالا برای استفاده در طراحی‌های متراکم با حداقل قطعات جانبی مورد نیاز بوده، به همین دلیل خیلی از فانکشن‌های مورد نیاز به صورت داخلی در درون این مبدل تعبیه شده است.

 

شماتیک ساده شده TPS54202H

 

قسمت تغذیه یکی از قسمت های مهم در هر برد الکترونیک است، از این رو طراحی و ساخت یک ماژول کوچک و با کیفیت، به طوری که بتوان در طراحی ها از آن بهره برد، می‌تواند کمک بزرگی به کیفیت طراحی و کوتاه کردن زمان آن بکند. TPS54202HDCCR به خاطر سایز کوچک و مشخصات الکترونیکی خوبی که دارد می‌تواند گزینه مناسبی برای این ماژول باشد. کمپانی Texas instrument نیز از این سری از مبدل ها برای ساخت چند مدل ماژول تغذیه بهره برده است.

 

مشخصات:

  • دارای بازه وسیع 4.5-28V برای ولتاژ ورودی
  • دارای دو ماسفت داخلی با مقاومت‌های داخلی 148mΩ و 78mΩ که توان تامین جریان 2A را در حالت کار دائم دارند
  • دارای سافت استارتر داخلی با زمان 5ms
  • دارای سرعت ثابت سوئیچ با فرکانس 500kHz
  • دارای تکنولوژی Eco-mode برای افزایش راندمان مبدل در بارهای بسیار سبک
  • دارای مد کنترل پیک جریان
  • دارای لوپ جبرانسازی داخلی
  •  دارای محافظت در مقابل اضافه جریان برای هر دو ماسفت داخلی، استفاده از مد تایمر hiccup
  • دارای محافظت در مقابل اضافه ولتاژ
  • دارای محافظت در مقابل اضافه دما
  • سایز بسیار کوچک (پکیج SOT-23 )
  • دارای پایه فعال ساز

 

بررسی اجمالی:

مبدل TPS54202H یک مبدل کاهنده 28 ولت 2 آمپر سنکرون (Buck) است، که دارای دو سوئیچ ماسفت داخلی نوع منفی می‌باشد. استفاده از فرکانس ثابت در این مبدل باعث بهبود کارایی در هنگام تغییرات گذرا در سمت خط تغذیه و جریان بار (Transients) شده است. همچنین متد کنترل پیک جریان در هر سیکل باعث کوچکتر شدن اندازه مورد نیاز خازن خروجی در این مبدل گردیده، یکی دیگر از نکات مثبت این مبدل، بهبود و ارتقا شبکه جبرانساز داخلی آن می‌باشد که نیاز به قطعات جانبی را به حداقل رسانده و طراحی حلقه کنترل را آسانتر کرده است.

با رسیدن ولتاژ ورودی به 4.5V مبدل شروع به کار می‌کند، جریان مصرفی داخلی این مبدل در حالتی که روشن است اما عملیات سوئیچ را انجام نمی‌دهد، در حدود 45μA است، همچنین جریان مصرفی این قطعه در حالت غیر فعال در حدود 2μA می‌باشد.

دارا بودن دو ماسفت داخلی با مقاومت داخلی پایین، اجازه طراحی منبع تغذیه‌ای با راندمان بالا را برای جریان‌های دایمی تا 2A میسر می‌سازد.

در این مبدل از یک واحد سافت استارتر با زمان 5mS برای کاهش جریان راه اندازی استفاده گردیده.

 

بلوک دیاگرام اجزای داخلی TPS54202H

 

 اجزای داخلی:

1- کنترلر PWM با فرکانس ثابت: در این مبدل از یک کنترلر PWM با فرکانس ثابت که مجهز به کنترل پیک جریان استفاده گردیده. ولتاژ خروجی از طریق یک شبکه مقاومتی که به پایه FB متصل است، با یک ولتاژ مرجع داخلی مقایسه می‌گردد. و به این صورت زمان روشن و خاموش بودن سوئیچ های بالا و پایین مشخص می‌گردد. به هنگام روشن شدن سوئیچ بالا، یک مقایسه کننده اندازه جریان سوئیچ را با مقدار مرجع مقایسه کرده، و در صورت عبور جریان از مقدار حداکثر، سوئیچ بالا را خاموش نموده و سوئیچ پایین را روشن می‌نماید، با این روش این مبدل عملیات کنترل جریان را به صورت سیکل به سیکل انجام می‌دهد، و از ایجاد آسیب به سوئیچ های قدرت جلوگیری می‌کند.

2- مد حذف پالس: مبدل TPS54202H به گونه ای طراحی گردیده که راندمان بالایی داشته باشد، به همین دلیل زمانی که جریان بار کم شود، مبدل وارد مد حذف پالس می‌گردد تا بتواند با کم کردت تلفات سوئیچینگ راندمان مبدل را بالا ببرد. در هنگامی که بیشینه جریان لحظه ای سلف خروجی از 300mA کمتر شود، مبدل وارد مد حذف پالس می‌شود. با وارد شدن مبدل به مد حذف پالس، خروجی مقایسه کننده ولتاژ خروجی و ولتاژ مرجع از واحد PWM جدا می‌گردد تا سوئیچ سمت بالا تحریک نگردد و عمل سوئیچ متوقف شود. برای خارج شدن مبدل از این مد باید حداکثر جریان لحظه ای سلف خروجی بیشتر از 300mA گردد. برای ورود به مد حذف پالس، مدارات مجتمع داخلی مبدل، فقط مقدار پیک جریان سلف را اندازه گیری می‌کنند، و این مقدار با اندازه جریان متوسط بار که در بیرون اندازه گیری می‌شود متفاوت است.

3- فعال کردن مبدل: پایه EN قابلیت خاموش و روشن کردن را برای مبدل فراهم می‌کند. با بالاتر رفتن ولتاژ این پایه از ولتاژ آستانه مبدل روشن می‌گردد، و با کمتر شدن ولتاژ از سطح ولتاژ آستانه عملیات سوئیچ متوقف گردیده و مبدل وارد مد LQ می‌شود. پایه EN دارای یک مقاومت Pull down داخلی با مقدار تقریبی 1MΩ است.که به کاربر اجازه می‌دهد با رها کردن این پایه، مبدل را خاموش کند. همچنین این پایه دارای یک زنر داخلی 6.9V داخلی است که ولتاژ این پایه را ثابت نگه دارد. برای فعال کردن مبدل می‌توان از یک مقاومت  510KΩ بین پایه EN و پایه VIN استفاده کرد.   

4- سافت استارتر داخلی: این مبدل مجهز به یک مدار سافت استارتر داخلی است که دارای زمانی در حدود 5ms است و باعث کم شدن جریان راه اندازی می‌گردد.

5- ولتاژ مرجع: این مبدل از یک واحد ولتاژ مرجع 0.596V با خطای 2.5% بهره می‌برد.

6- ولتاژ بوت استرپ: مبدل TPS54202H از یک رگولاتور افزاینده داخلی برای تامین جریان مورد نیاز برای تحریک گیت ماسفت سمت بالا استفاده می‌کند، و برای این امر نیاز به یک خازن 0.1µF بین پایه Boot و SW دارد.خازن توصیه شده برای این قسمت یک خازن سرامیکی با جنس دی الکتریک X7R یا X5R است.

7- محافظت در برابر اضافه ولتاژ خروجی: در این مبدل مدار محافظت در برابر اضافه ولتاژ لحظه‌ای هم به مدار محافظ اضافه ولتاژ اضافه شده تا بتواند، مقدار اورشوت ولتاژ خروجی و یا اضافه ولتاژ گذرای حاصل از قطع بار را به حد اقل ممکن برساند. و به این صورت عمل می‌کند که با بیشتر شدن ولتاژ پایه فیدبک از 108% مقدار ولتاژ مرجع ماسفت سمت بالا غیر فعال می‌گردد و تا زمانی که این مقدار به 104% نرسد، در حالت غیر فعال باقی می‌ماند.

8- محافظت در برابر گرما: با رسیدن دمای پیوند سوئیچ به 155°C مدار محافظ حرارت مبدل فعال شده و عملیات سوئیچ را متوقف می‌کند، و زمانی که دما کاهش پیدا کند و به مقدار 145°C برسد، مکانیزم تایمر حرارتی hiccup  فعال می‌گردد و شروع به شمارش می‌کند. و پس از شمارش 32768 cycles مبدل مجددا شروع به طی کردن فرایند راه اندازی می‌کند.

 


لینک خرید قطعه:

https://lionelectronic.ir/products/2510-TPS54202HDDCR

 

با تشکر بابت صرف وقت و توجه شما همراهان گرامی

لیون الکترونیک (وارد کننده و توزیع کننده قطعات الکترونیک)

 

 

نظرات کاربران
هیچ نظری برای این مطلب ثبت نشده است.