Квазирезонанс – это просто! ШИМ-регуляторы серии CoolSET от Infineon (материалы вебинара)

Мероприятие прошло 27.09.2018

Программа

показатьсвернуть
Компания Компэл приглашает вас принять участие в вебинаре, посвященном новой линейке ШИМ-регуляторов CoolSET от компании Infineon. На вебинаре вы сможете убедиться, что обратноходовые преобразователи, работающие в режиме квазирезонанса, являются простым и оригинальным решением.Благодаря применению адаптивных алгоритмов управления, реализованных в линейке CoolSET, разработка источников питания квазирезонансного типа значительно упрощается.Также вы увидите неожиданный результат практического сравнения двух источников питания: одного, работающего на фиксированной частоте коммутации, и второго, работающего в режиме квазирезонанса.

Содержание

  • Принцип работы квазирезонансных схем;
  • Краткое руководство по разработке квазирезонансных преобразователей;
  • Описание алгоритмов работы ШИМ-регуляторов серии CoolSET;
  • Практическое сравнение с конкурирующим решением;
  • Материалы в помощь разработчику.

Общая информация

Начало: 27 сентября 2018 г. в 11:00
Продолжительность: 60 минут
Форма участия: бесплатно

Докладчик

Пушкарев Олег Антон Подколзин — инженер по применению в области управления питанием в компании Компэл.
Опыт разработки маломощных источников питания и портативных устройств более 3-х лет.

Видео

Материалы

Вопросы и ответы

Я понимаю, что мы работаем на прерывистых токах дросселя/трансформатора? А если на непрерывных, квазирезонанс возможен?
Режим квазирезонанса невозможен в режиме непрерывных токов трансформатора. Одним из условий работы в квазирезонансе является возникновение процесса размагничивания трансформатора, сопровождающееся колебаниями на первичной стороне.
Как стартует схема в первый момент?
Микросхемы ICE5QR стартуют по встроенному цифровому алгоритму. Для этого нужен внешний резистор, через который входное напряжение заводится на вывод ZCD. Микросхемы ICE2QR стартуют с помощью ячейки запуска через ножку Drain.
Регулирование осуществляется за счет изменения времени паузы (Toff)? Уставка тока первички постоянна?
Уставка тока на первичной стороне меняется в зависимости от изменения нагрузки на вторичной стороне. Регулирование производится за счёт дозирования энергии, запасаемой в трансформаторе в первый такт работы. За второй такт работы вся запасённая в трансформаторе энергия полностью передаётся в нагрузку.
Вся эта логика организована аппаратно или её можно менять программно?
Вся описанная логика работы реализована аппаратно.
Аналог ICE2QR0680Z но 5 поколения есть? Цена за 5000 шт?
Аналогом микросхемы ICE2QR0680Z является микросхема ICE5QR0680AZ в том же корпусе DIP7. Распиновка отличается. Касательно цены, обратитесь, пожалуйста, к менеджеру Компэл, который с вами работает. На количество 5000 шт., скорее всего, будет действовать проектная скидка.
Импульсы 48 мс по стробировании компараторов или, всё-таки, 48 мкс? Если Т=48 миллисекунд, то частота получается 20 Герц.
Импульсы стробирования компараторов имеют период 48 миллисекунд. Типовые частоты работы квазирезонансных преобразователей находятся в диапазоне 40-200 кГц. Действительно, частота следования импульсов стробирования равна 21 Гц. То есть за время 48 мс между импульсами тактового сигнала транзистор успевает переключиться несколько сотен раз.
Только пульсации меньше в Актив Бурсте у 5-го поколения? А то у 2-го еще и напряжение съезжало изрядно вниз.
Касательно среднего значения уровня пульсаций выходного напряжения в режиме Active Burst Mode (ABM) я бы рекомендовал ознакомиться с результатом тестирования одной из демонстрационных плат от Infineon на базе ICE5QR1680AG. См. информацию по ссылке (стр. 17 и стр. 25) Ссылка на AppNote
Как рассчитать трансформатор? Интересует способ расчета паразитных параметров импульсного трансформатора, обеспечивающих возможность квазирезонансного режима преобразователя.
Расчёт трансформатора можно произвести с помощью Excel-файла автоматизированного расчёта квазирезонансных преобразователей. Файл расчёта выслан вместе с материалами вебинара.
Также расчёт трансформатора приведён в руководстве по разработке Design Guide CoolSET QR Gen 5 (ссылка на файл находит на предпоследнем слайде презентации). Но я бы рекомендовал дождаться выпуска журнала Новости Электроники №10 за 2018 год, в котором будет практическая статья с подробным расчётом квазирезонансного источника питания на русском языке.
Есть ли готовые трансформаторы?
Готовых трансформаторов под данные решения нет. Но у нас есть бренд Ferriwo, который делает трансформаторы под заказ на сердечниках, начиная с EE16 и крупнее, и по очень привлекательным ценам. Необходимо лишь заполнить опросный лист на трансформатор. Также возможно будет заказать образцы трансформаторов.
Имеется ли сертификаты UL на данные контролеры?
К сожалению, таких сертификатов нет.
Емкости затворов представленных транзисторов 950В?
Заряд затвора Qgate представленных транзисторов на 950 Вольт составляет от 6 нКл (для ключа с Rds(on) 4300мОм) до 35 нКл (для ключа с Rds(on) 450 мОм). По этому показателю данные транзисторы являются одними из лучшых в своём классе.
Возможна ли работа квазирезонансных ШИМ-контроллеров в прямоходовых преобразователях с размагничиванием на выход? ZCD брать с обмотки дросселя?
К сожалению, не могу вам ничего сказать о применимости квазирезонансных ШИМ-контроллеров для прямоходовой топологии. Могу лишь сказать, что прямоходовые преобразователи сами по себе имеют КПД выше, чем обратноходовые источники. И для прямоходовой топологии есть свои методики повышения КПД, например, топология Active Clamp Forward.
Для 460 VAC запас не маловат, какая допустима перегрузка по напряжению для транзистора 950 В?
Номинальное напряжение «сток-исток» транзистора P7 950 В при температуре 25 оС составляет 950 В, однако при температуре 100 оС напряжение растёт до 1025 В (см. техническую документацию).
Для входного напряжения преобразователя 460 В (RMS) пиковое значение получается около 650 В (постоянное). Принимая во внимание, что рекомендуемое отраженное напряжение будет порядка 60-70 В, а выброс напряжения при закрытии порядка 100-120 В, то в худшем случае напряжение Vds транзистора будет достигать 840 В. Запас в (950-840) В = 110 В действительно маловат. Я бы в данной схеме поставил снаббер со стабилитроном.
Среди представленных решений есть ли микросхемы с PSR?
Компания Infineon в начале 2018 года выпустила ШИМ-регуляторы CoolSET ICE5GR/AR, которые работают на фиксированной частоте (100 или 125 кГц) со встроенным ОУ ошибки. Данные регуляторы позволяют реализовать источники питания с регулированием по первичной стороне (PSR).
На слайде 29 почему разная частота при разных токах нагрузки?
При уменьшении нагрузки микросхема TOP266 в режиме уменьшения частоты коммутации (Variable Frequency Mode). Более подробно вы можете прочитать в технической документации на TOP266.
Как ведет себя квазирезонансная схема при отсутствии нагрузки или при нагрузке меньше 1% от номинала?
В режиме питания малой нагрузки ШИМ-регулятор переходит в режим Active Burst Mode (ABM), в котором микросхема переходит в пакетный режим работы. У микросхем серии CoolSET поколения 5 режим ABM можно настроить в небольших пределах.
Каким образом расчитывается минимальная входная емкость?
О методике расчёта компонентов квазирезонансных преобразователей вы можете узнать из руководства разработчика Design Guide CoolSET Gen5 (на английском языке) либо дождаться выхода журнала Новости Электроники №10/18, в коротом будет опубликован подробный расчёт квазирезонансного преобразователя на русском языке.
В чём преимущество данной серии по сравнению с конкурентами? Например, с L6565?
Основное отличие от конкурентных решений — это инновационный алгоритм подсчёта количества колебаний при размагничивании трансформатора, который позволяет сократить разброс в частотах коммутации при изменении входного напряжения и нагрузки.
ТОР-ы еще работают вольт от 30..50 переменки снизу, с этой точки зрения они устойчивы к провалам напряжения , как у CoolSET-а с нижним порогом рабочего напряжения?
Я тестировал демонстрационную плату на базе ICE2QR1080G, о которой шла речь на вебинаре, на предмет минимального входного напряжения. Реально схемы выключилась при входном напряжении порядка 41 Вольт.
Как квазирезонансная схема реагирует на провалы входного напряжения?
Провалы входного напряжения фиксируются на ножке микросхемы Vin через резистивный делитель напряжения. Если на ножке Vin напряжение падает ниже, чем 0.44 В, то это событие регистрируется как провал напряжения и микросхема перестаёт управлять транзистором и переходит в режим перезапуска (auto-restart). При этом каждый цикл отслеживается напряжение на Vin. В тот момент, когда оно достигает порога 0.66 В, то микросхема переходит в обычный режим работы.
Как обстоят дела с ЭМС в квази-резонансных схемах?
Касательно этого вопроса можно сказать, что источники питания, работающие в режиме квазирезонанса, имеют отличные показатели ЭМС. Если рассмотреть любую демонстрационную плату Infineon, построенную на базе квазирезонансных ШИМ-регуляторов, то все они соответствуют стандарту EN55022 (CISPR 22) Class B по кондуктивным помехам (см. ссылку DEMO_5QR0680AZ_42W1, страница 20).
Можно ли проектировать трансформаторы с несколькими вторичными обмотками?
Да, конечно. Более того, у Infineon есть демонстрационные платы, которые реализованы с двумя выходными напряжениями 12 В и 5 В. (см. ссылку DEMO_5QR0680AZ_42W1)
Есть ли исполнения микросхем для низкого входного напряжения (например диапазоны 9-18, 18-36 В)?
Регулятор ICE5 уверенно включается при напряжении на Vcc, равном 16-16.5 В. Порог выключения Vcc при этом составляет 10-10.5 В. Теоретически, можно построить источник питания с таким низким входным напряжением. Но лучше будет применить ШИМ-контроллеры, которые специально рассчитаны на работу с низким входным напряжением (например, MAX17596 или MAX17690). См. ссылку.
Есть ли какие материалы по расчёту устойчивости и компонентов обратной связи?
Расчёт параметров цепи обратной связи приведён в руководстве по разработке Design Guide CoolSET QR Gen 5 (ссылка на файл находится на предпоследнем слайде презентации).
Также в журнале Новости Электроники №10 за 2018 год планируется к выпуску практическая статья с подробным расчётом квазирезонансного источника питания на русском языке. В этой статье также будет приведён расчёт компонентов обратной связи преобразователя.
Какие перспективы у квазирезонансных источников и смогут ли они в будущем заменить традиционные импульсные преобразователи?
Одной из мировых тенденций в области построения источников питания различных мощностей является получение большей мощности при том же объёме конечного устройства (то есть, увеличение плотности мощности — кВт/дм3). Квазирезонансные источники как раз отлично вписываются в эту тенденцию и в будущем смогут массово заменить традиционные обратноходовые преобразователи.
Способы и схемы коррекции траектории переходного процесса при запирании силового MOSFET в FLYBACK с целью минимизации коммутационных потерь
Если говорить о ШИМ-регуляторах со встроенным MOSFET, то повлиять на процесс включения и выключения транзистора никак нельзя. Если говорить о ШИМ-контроллерах, управляющих внешним MOSFET, то есть практика ускорения процесса выключения транзистора (для уменьшения значения потерь на выключение), когда параллельно резистору в цепи затвора устанавливается диод анодом к транзистору.
Есть ли возможность применения ШИМ-регуляторов CoolSET в разработке драйверов для светодиодных ламп со стабилизацией по току?
Драйверы светодиодных ламп уже при небольших мощностях от 30 Вт требуют высокого коэффициента мощности. ШИМ-регуляторы CoolSET не имеют алгоритмов для активной коррекции коэффициента мощности. Также отсутствуют какие-либо материалы, описывающие применение данной линейки микросхем в схемах со стабилизацией тока. Это обстоятельство, однако, не отменяет возможности реализации схемы источника тока. Но это будет, скорее всего, выглядеть как инициативная исследовательская работа.
Есть ли возможность избежать перехода в пакетный режим при околонулевых нагрузках?
Возможности избежать перехода в пакетный режим (Active Burst Mode) на малых нагрузках нельзя. Можно в небольшом интервале настроить порог входа и выхода из ABM.
Какой диапазон мощностей и напряжений? Возможно ли применение обсуждаемых решений на мощности 60-80Вт?
Да, безусловно обсуждаемые решения могут применяться для источников питания мощностью до 80 Вт выше (вплоть до 150 Вт). Касательно выходных напряжений, то данные преобразователи можно проектировать на стандартные номиналы выходных напряжений (5, 12, 24, 36, 48 Вольт).
Я думаю, ничего не мешает рассчитать преобразователи и на более высокое выходное напряжение. Однако, при этом отражённое напряжение Vrefl будет слишком высоким и нужно будет проектировать нестандартный трансформатор и обеспечить запас по напряжению сток-исток силового MOSFET.
Не понятна третья осциллограмма на слайде 7 в презентации.
Третья осциллограмма на слайде 7 показывает напряжение ZCD на вспомогательной обмотке трансформатора.
Температура микросхемы Infineon на демоплате ниже, но у вас полигон охлаждает.
Можно сравнить фотографии слоёв Bottom на слайдах 27 и 28. Охлаждающий полигон микросхемы TOP266VG не уступает в размерах полигону микросхемы ICE2QR1080G. В обоих демо-платах использованы однослойные печатные платы, поэтому переходных отверстий на слой TOP нет.
•••

Наши информационные каналы

О компании Infineon

Компания Infineon является мировым лидером по производству силовых полупроводниковых компонентов, а также занимает ведущие позиции по производству автомобильной полупроводниковой электроники и смарт-карт.  В 2015 году компания Infineon приобрела компанию International Rectifier, тем самым значительно усилив свои лидирующие позиции в области силовой электроники. Это сочетание открывает новые возможности для клиентов, так как обе компании превосходно дополняют друг друга благодаря высокому уровню ...читать далее

Товары
Наименование
ICE3BR4765JFKLA1 (INFIN)
ICE3BR1765JXKLA1 (INFIN)
ICE3BR0665JXKLA1 (INFIN)
ICE3B0365JG (INFIN)
ICE2PCS01GXUMA1 (INFIN)
ICE3B0365JFKLA1 (INFIN)
ICE2B0565 (INFIN)
ICE5QR4770AGXUMA1 (INFIN)
ICE5QR4780AZXKLA1 (INFIN)
ICE5QR1680AGXUMA1 (INFIN)