Решения Maxim Integrated для применения в релейной защите и энергетике

24 декабря 2015

Maxim IntegratedстатьяАЦП/ЦАП

Современная релейная защита невозможна без качественного аналого-цифрового преобразования. Компания Maxim Integrated, – один из ведущих мировых экспертов в этой области, – предлагает для этой цели прецизионные АЦП, малошумящие буферные усилители – входные драйверы этих АЦП, источники опорного напряжения, микросхемы гальванической развязки и интегральные понижающие DC/DC.

Невозможно представить ни одну современную систему автоматизации без защитных средств. Часто комплекс защит по уровню сложности намного превосходит саму систему автоматизации технологического процесса. В современных системах автоматизации особенно актуальна проблема реализации релейной защиты для предотвращения возникновения аварийных ситуаций.

Релейная автоматика – комплекс устройств, выполняющий сравнение текущего параметра с аварийной уставкой и формирующий сигнал в случае выхода контролируемого параметра за заданные пределы. Но входной аналоговый сигнал необходимо нормировать, преобразовать в цифровой код и передать цифровой схеме для дальнейшей обработки.

Высокие требования, предъявляемые к современным устройствам релейной защиты и системам сбора данных, применяемых в энергетике, требуют новых решений. Компания Maxim Integrated предлагает ряд новинок, идеально подходящих для решения поставленных задач.

Входные каскады высокоточных аналого-цифровых устройств

Аналоговый канал начинается с первичного преобразователя физической величины – датчика. Далее сигнал поступает на входное устройство, представленное в виде аналого-цифрового преобразователя со входными цепями. От качества сигнального канала и преобразователя зависит стабильность работы всей системы релейной защиты.

Построение защищенного аналогового канала всегда связано с поиском баланса производительности и защищенности: защитные элементы обладают определенными значениями паразитной емкости, индуктивности и сопротивления, что вызывает возникновение токов утечки. Это сказывается на точности измерения, а зачастую значительно искажает слабый или высокочастотный сигнал.

Наиболее оптимальным решением в этом случае становится применение прецизионных операционных усилителей с защитными функциями для буферизации и нормализации входного сигнала.

Компания Maxim Integrated представляет новую линейку быстродействующих малошумящих буферных усилителей, причем специальные решения позволяют использовать их как входные драйверы прецизионных АЦП.

Среди достаточно широкого ассортимента этих микросхем следует отметить MAX44241, MAX44243, MAX44246, MAX44250, MAX44251, MAX44252.

Микросхемы серий MAX44241, MAX44243 и MAX44246 являются операционными усилителями, использующими все преимущества современной схемотехники с использованием стабилизации прерыванием. Их параметр фликкер-шума, выраженный как 1/f и проявляющийся как медленно изменяющееся напряжение смещения, в значительной мере ослабляется схемой прерывания. Уровень шума составляет всего 9 нВ/√Гц на частоте усиления 1 кГц.

Отличительной особенностью данного семейства является наличие высокочастотного фильтра от электромагнитных помех (EMI- фильтра).

Они допускают питание однополярным напряжением в пределах 2,7…36 В или двухполярным – в пределах ±1,35…±18 В при токе потребления, не превышающем 0,42 мА на канал, что делает привлекательным их применение в большинстве приложений автоматики и устройств релейной защиты.

Операционные усилители MAX44241, MAX44243 и MAX44246 используют запатентованную технологию автокомпенсации напряжения нулевого смещения. Этот метод, основанный на постоянном измерении и компенсации входного напряжения смещения, значительно уменьшает временную и температурную зависимости выходного напряжения каскада, в том числе фликкер-шум. Усилители имеют широкую полосу пропускания до 10 МГц при уровне шумов в 5,9 нВ/√Гц. Достигая отличных характеристик как в высокочастотной, так и в низкочастотной областях, эти микросхемы идеально подходят для применения совместно с инерционными датчиками, такими как датчики давления, высокоточные весовые системы, тензодатчики, медицинские инструментальные системы.

Состав и диапазон питающих напряжений для серий MAX44241…MAX44294 приведен в таблице 1.

Таблица 1. Новое семейство операционных усилителей, стабилизированных прерыванием

Наименование Напряжение
питания, В
Количество
каналов
Корпус Встроенный
EMI-фильтр
Примечание
MAX44205 2,7…13,2 1 µMAX-EP(10), TQFN(12) нет Широкополосный (400 МГц) дифференциальный усилитель для быстродействующих АЦП, малошумящий 3,1 нВ/√Гц, миниатюрный корпус
MAX44206
MAX44241 2,7…36;
±1,35…±18
µMAX(8), SOT(5) да Ультрапрецизионный, малошумящий 9 нВ/√Гц, автокомпенсация напряжения нулевого смещения, миниатюрный корпус, полоса 5 МГц, широкий диапазон напряжений
MAX44243 4 TSSOP(14), SOIC-N(14) да Ультрапрецизионный, малошумящий 9 нВ/√Гц, автокомпенсация напряжения нулевого смещения, стандартный корпус, полоса 5 МГц, широкий диапазон напряжений
MAX44246 2 µMAX(8), SOIC-N(8) да Ультрапрецизионный, малошумящий 9 нВ/√Гц, автокомпенсация напряжения нулевого смещения, миниатюрный корпус, полоса 5 МГц, широкий диапазон напряжений
MAX44244 2,7…36;
±1,35…±18
1 µMAX(8), SOT(5) да Автокомпенсация напряжения нулевого смещения, миниатюрный корпус, полоса 1 МГц, широкий диапазон напряжений, малый ток потребления 90 мкА
MAX44245 4 TSSOP(14), SOIC-N(14) да Автокомпенсация напряжения нулевого смещения, стандартный корпус, полоса 1 МГц, широкий диапазон напряжений, малый ток потребления 90 мкА
MAX44248 2 µMAX(8), SOIC-N(8) да
MAX44250 2,7…20 1 µMAX(8), SOT(5) да Ультрапрецизионный, полоса 10 МГц, миниатюрный корпус, малый ток потребления 90 мкА
MAX44251 2 µMAX(8), SOT(8) да
MAX44252 4 SOIC-N(14) да Ультрапрецизионный, полоса 10 МГц, стандартный корпус, малый ток потребления 90 мкА
MAX44267 4,5…15;
±4,5…±15
2 TSSOP(14) да Ультрапрецизионный, полоса 5 МГц, нормирование входного сигнала, малошумящий 9 нВ/√Гц, возможность работы с двухполярным входным сигналом при питании от однополярного источника, малое напряжение смещения 0,4 мкВ/°С
MAX44291 4,5…36;
±2,25…±18
1 µMAX(8) нет Прецизионный, потребление в режиме отключения 1 мкА, ESD-защита 8 кВ, полоса 10 МГц
MAX44292 2 SOIC(8) нет
MAX44294 4 SOIC(14) нет

Микросхема MAX44267 – еще один новейший уникальный операционный усилитель. Ключевой особенностью данной микросхемы является технология «Beyond-the-Rails», позволяющая работать с дифференциальным входным сигналом при питании от однополярного источника напряжения. Это исключает затраты на разработку и компоновку источника отрицательного напряжения, так как благодаря встроенному преобразователю на переключаемых конденсаторах микросхема способна сама сформировать требуемое отрицательное напряжение.

Инструментальный усилитель на ее основе способен обеспечить максимальную точность преобразования и нормировать входной сигнал в пределах -12…13,5 В к полной шкале дискретизации АЦП. Полоса пропускания микросхемы составляет 5 МГц при уровне шума 9 нВ/√Гц, напряжении смещения 50 мкВ и температурном коэффициенте, не превышающем 0,4 мкВ/°С. Это делает микросхему идеальной для применения в устройствах релейной защиты и инструментальных системах автоматизации процессов, а также в приложениях, где требуется работа с двухполярным входным сигналом при питании от однополярного источника.

Микросхема MAX44267 содержит двухканальный операционный усилитель и выпускается в 14-выводном корпусе TSSOP. Микросхема MAX44247 имеет аналогичные характеристики, но выпускается в 8-выводном корпусе µMAX® со встроенными конденсаторами накачки.

В состав микросхем, работающих с двухполярным сигналом при питании от однополярного источника, также входит множество микросхем АЦП, мультиплексоров и коммутаторов сигналов. Подробно познакомиться с микросхемами, использующими технологию «Beyond-the-Rails» можно в [20]. На рисунке 1 приведен пример построения аналого-цифровой части системы обработки данных с использованием следующих микросхем: мультиплексор «4-в-1» MAX14778 с максимальным входным напряжением ±25 В, двухканальный ключ MAX14762 и 16-битный АЦП MAX11167.

Рис. 1. Пример построения аналого-цифровой части системы с использованием микросхем с технологией «Beyond-the-Rails»

Рис. 1. Пример построения аналого-цифровой части системы с использованием микросхем с технологией «Beyond-the-Rails»

Новые дифференциальные усилители серий MAX44205 и MAX44206 являются малошумящими дифференциальными усилителями для нормирования сигнала, поступающего на вход прецизионных АЦП с высокой разрядностью (16, 18, 24 бита). Широкая полоса пропускания до 400 МГц в сочетании с широким диапазоном питающих напряжений 2,7…13,2 В позволяют создавать на их основе высокопроизводительные системы сбора данных.

Применение этих микросхем позволяет отказаться от разделительных трансформаторов и конденсаторов, что снижает потери полезного сигнала.

Уникальная система контроля и ограничения выходного напряжения гарантирует, что выходное напряжение буферного каскада не превысит максимально допустимое входное напряжение АЦП даже в случае, если питание буферного каскада превышает входной диапазон напряжений АЦП.

Отличие MAX44205 от MAX44206 заключается в возможности ограничения потенциала на входе.

Микросхема MAX44205 выпускается в 12-выводном корпусе TQFP и 10-выводном корпусе uMAX, а MAX44206 – в 8-выводном µMAX®. Типовая схема включения MAX44205 приведена на рисунке 2.

Рис. 2. Типовая схема включения буферного нормирующего каскада на MAX44205

Рис. 2. Типовая схема включения буферного нормирующего каскада на MAX44205

Малые габариты этих микросхем позволяют интегрировать на небольшой площади весь аналоговый входной каскад обвязки АЦП, включая схемы нормирования входного сигнала. Это снижает не только массогабаритные показатели, но и положительно сказывается на помехозащищенности входного аналогового узла.

Для автономных систем компания Maxim Integrated предлагает семейства MAX44259, MAX44260, MAX44261 и MAX44263, которые являются уникальными операционными усилителями, способными благодаря малым токам утечки удовлетворить все требования, предъявляемые к драйверам АЦП, особенно при работе с очень малыми величинами входного сигнала. При подаче питания эти операционные усилители выполняют самокалибровку для устранения влияния колебаний температуры окружающей среды и напряжения источника питания.

Аналого-цифровые преобразователи

Следующим элементом в цепи прохождения сигнала является аналого-цифровой преобразователь.

Компания Maxim Integrated предлагает оригинальное решение на основе 18-разрядного миниатюрного АЦП последовательного приближения (SAR) серии MAX11156 с высоким показателем отношения «сигнал/шум». Особенностью данного АЦП является способность измерять биполярный входной сигнал в пределах ±5 В (10 В полного размаха амплитуды) при однополярном питании +5 В. Запатентованная технология накачки заряда позволяет делать выборку непосредственно от источника сигнала с высоким выходным сопротивлением. Микросхема реализует 18-битный последовательный код с исключением ошибок, а также возможность последовательного объединения в сеть на основе протокола SPI.

Большинство традиционных АЦП, работающих с биполярным входным сигналом, используют резистивный аттенюатор, подключенный непосредственно к входным цепям. Это значительно усложняет нормализацию входного сигнала, но микросхема MAX11156 использует запатентованную технологию построения входных цепей на основе переключаемой архитектуры, что позволяет делать прямую выборку на интегрирующем входном конденсаторе без использования масштабирующей системы. Такое решение приводит к полному устранению ошибки нулевого смещения АЦП, что также позволяет значительно сократить время установления показаний. Одной из проблем в аналоговой схемотехнике является обеспечение защиты входных цепей, так как любое защитное устройство, даже классическая схема на обратносмещенных диодах, вызывает искажения малого сигнала из-за утечек. Рассматриваемая микросхема имеет уникальную схему защиты от превышения входного напряжения – схему защитного отключения входных каскадов. При выходе напряжения на входе AIN+ за пределы свыше Vdd + 300 мВ или ниже –(Vdd + 300) мВ происходит отключение входных каскадов. Схема защитного отключения удерживает каналы в отключенном состоянии до тех пор, пока входное напряжение не вернется в пределы ±(Vdd + 100) мВ. Для того чтобы задействовать систему защитного отключения, необходимо подключить всего один резистор, номинал которого выбирается исходя из того, чтобы сквозной ток микросхемы не выходил за пределы ±20 мА.

Новые АЦП, представленные компанией Maxim Integrtated, приведены в таблице 2. Выделенные микросхемы выполнены в 12-выводном корпусе TDFN. Остальные имеют 10-выводной корпус µMAX®.

Таблица 2. Новые АЦП компании Maxim Integrated

Тип входного сигнала, наличие встроенного ИОН Разрядность АЦП (бит) и быстродействие (выборок/c)
14 бит; 500•103 16 бит; 250•103 16 бит; 500•103 18 бит; 500•103
±5 В, встроенный ИОН MAX11167 MAX11166 MAX11156
MAX11169 MAX11168 MAX11158
0…5 В, встроенный ИОН MAX11161 MAX11164 MAX11154
MAX11165 MAX11160 MAX11150
0…5 В, нет встроенного ИОН MAX11262 MAX11163 MAX11162 MAX11152

Микросхема MAX11905 производства компании Maxim Integrated является высокоточным одноканальным дифференциальным АЦП последовательного приближения со скоростью выборки до 1,6•106 с-1. Рассматриваемая микросхема-АЦП обеспечивает отношение «сигнал/шум» на уровне 98 дБ при разрядности 20 бит с максимальной нелинейностью преобразования в шесть младших значащих битов. Под интегральной нелинейностью понимается отклонение передаточной функции АЦП от прямой линии. Энергопотребление микросхемы составляет 10,2 мВт при максимальной скорости преобразования.

Схемы включения АЦП серии MAX11905 для преобразования униполярного и биполярного сигнала приведены на рисунках 3 и 4 соответственно.

Рис. 3. Схема включения АЦП для преобразования униполярного входного сигнала

Рис. 3. Схема включения АЦП для преобразования униполярного входного сигнала

Рис. 4. Схема включения АЦП для преобразования биполярного входного сигнала

Рис. 4. Схема включения АЦП для преобразования биполярного входного сигнала

Существующие модификации микросхемы приведены в таблице 3. Все они имеют миниатюрный корпус TQFN-20 и совместимые посадочные места.

Таблица 3. Модификации микросхемы

Разрядность 16 бит 18 бит 20 бит
1,6•106 выборок/с MAX11901 MAX11903 MAX11905
106 выборок/с MAX11900 MAX11902 MAX11904

Уникальным решением для систем промышленной автоматизации и устройств релейной защиты является микросхема MAX11040K. Являясь 24-битным сигма-дельта АЦП, микросхема позволяет одновременно преобразовывать сигналы, поступающие на четыре аналоговых входных канала. Допустимо расширение до 32 одновременно работающих каналов при помощи каскадирования до восьми устройств. При этом последовательный интерфейс одного АЦП позволяет опрашивать всю цепочку при помощи одной команды.

Каждый вход микросхемы защищен от перенапряжений и способен выдерживать без повреждений потенциал до ±6 В. АЦП способен тактироваться как от внутреннего, так и от внешнего генератора.

Совместимость с большинством известных последовательных протоколов – SPI, QSPI, MICROWIRE и интерфейсом цифровых сигнальных процессоров позволяет применять этот АЦП в большинстве приложений.

Он идеально подходит для приложений измерений в энергетике, так как каждый канал включает в себя схему подстройки фазы тактирования для компенсации фазового сдвига, возникающего в результате влияния внешних делителей, трансформаторов и цепей фильтрации. Подстройка фазы, а также подстройка скорости преобразования осуществляются без остановки АЦП и могут проводиться после каждого преобразования. Максимальная реализуемая точность достигает 0,065% полной шкалы преобразования, определяемой опорным напряжением.

Более бюджетным решением для применений, где не требуется высокая разрядность, является микросхема АЦП MAX11060, имеющая аналогичные характеристики, но меньшую разрядность – 16 бит.

Источники опорного напряжения

Источник опорного напряжения является важным компонентом, оказывающим серьезное влияние на качество преобразования.

Компания Maxim Integrated представляет новый двухканальный прецизионный источник опорного напряжения для ответственных применений – микросхему MAX6072. Она обеспечивает два выходных напряжения – опорное напряжение и половину его величины. Каждый выход может обеспечить 10 мА как по втекающему, так и по вытекающему току. Температурный дрейф выходного напряжения составляет 6‰/°C во всем рабочем диапазоне температур -40…125°C при начальной погрешности 0,04%.

Уровень шумов на частоте 1 кГц составляет для первого и второго источников соответственно 120 и 60 нВ/√Гц.

Имеется возможность выбора трех пар выходных напряжений: 5 и 2,5 В, 4,096 и 2,048 В, 2,5 и 1,25 В. Диапазон входных напряжений составляет 2,8…5,5 В и имеет достаточный запас для более высоких значений. При этом ток собственного потребления составляет примерно 150 мкА. Обозначения микросхем и их характеристики приведены в таблице 4.

Таблица 4. Обозначения ИОН серии MAX 6072 и их характеристики

Наименование ИОН Выходные напряжения, В Точность установки выходного
напряжения, %
Температурный коэффициент
напряжения, ‰/°C
MAX6072AAUB50 5; 2,5 0,05 6
MAX6072BAUB50 5; 2,5 0,08 8
MAX6072AAUB41 4,096; 2,048 0,05 6
MAX6072BAUB41 4,096; 2,048 0,08 8
MAX6072AAUB25 2,5; 1,25 0,05 6
MAX6072BAUB25 2,5; 1,25 0,08 8

Схема подключения имеет возможность компенсации соединительных линий за счет трехпроводного подключения нагрузки. На рисунке 5 показана схема подключения нагрузки с компенсацией падения напряжения на соединительной линии. Точки подключения линии компенсации должны подходить к тем местам, где необходима максимальная точность выходного напряжения.

Рис. 5. Подключение линии компенсации падения напряжения на нагрузке

Рис. 5. Подключение линии компенсации падения напряжения на нагрузке

В целях снижения уровня шума на нагрузке в том случае, если требуется только один источник опорного напряжения, микросхема MAX6072 допускает каскадирование встроенных источников: первый источник с более высоким выходным напряжением является источником питания для второго источника образцового напряжения. Такая схема включения приведена на рисунке 6.

Рис. 6. Двухкаскадное включение источника опорного напряжения для снижения уровня шумов

Рис. 6. Двухкаскадное включение источника опорного напряжения для снижения уровня шумов

В качестве источника опорного напряжения для АЦП серий MAX11900…MAX11905 рекомендуется применение источников опорного напряжения MAX6126 и MAX6325, обеспечивающих точность опорных напряжений 0,02% и 0,04% соответственно при дрейфе всего 3‰/°C и 1‰/°C.

Номенклатура применяемых микросхем не ограничивается указанными типами – для конкретных условий применения следует выбирать наиболее подходящую серию ИОН.

Гальваническая развязка цифровой части устройств

Быстродействующие приемопередатчики для интерфейса RS-485 с гальванической развязкой представлены сериями MAX14853/MAX14855.

Эти микросхемы способны выдержать разность потенциалов в 2750 В (среднеквадратичное значение). Изоляция между микропроцессорной и магистральной частями улучшает качество связи, исключая возвратные токи через общие и экранные цепи. Также она уменьшает уровень шума при значительной разности потенциалов между землями двух различных магистральных устройств. Новые микросхемы позволяют достичь высоких скоростей передачи данных в 500 кбод (MAX14853) и 25 Мбод (MAX14855).

Для реализации питания на изолированной стороне микросхемы используют встроенный драйвер для внешнего развязывающего трансформатора, работающий на частоте 450 кГц. Встроенный источник питания с низким прямым падением напряжения обеспечивает простое и эффективное решение с организацией стабилизированного питания магистральной части гальванически развязанного интерфейса с уровнем напряжения 3,3 В и максимально допустимым током 300 мА.

Микросхемы MAX14853 и MAX14855 содержат один передатчик и один приемник, позволяющий подключить до 128 аналогичных абонентских устройств на одну линию.

Встроенная схема контроля функционирования гарантирует, что при обрыве или замыкании магистральной линии на выходах приемника будет присутствовать высокий логический уровень, а при выходе напряжения за допустимые пределы как со стороны микроконтроллера, так и со стороны магистрали драйвер автоматически отключится. Также микросхемы имеют встроенную защиту от перегрева.

Поскольку микросхема содержит драйвер для питания внешнего разделительного трансформатора, то схема защиты также контролирует и выходной ток драйвера. При превышении значения пикового тока 1,2 А срабатывает схема ограничения тока, понижающая пиковый ток до 730 мА. При устранении короткого замыкания или перегрузки драйвер трансформатора возвращается в нормальный режим работы.

Входные цепи приемника и выходные цепи передатчика имеют встроенную защиту от электростатических разрядов с потенциалами до ±35 кВ относительно общего провода со стороны магистрали, что соответствует спецификации «модели человеческого тела» (HBM).

Типовая схема включения микросхем приведена на рисунке 7.

Рис. 7. Типовая схема подключения гальванически развязанных устройств к магистральной полнодуплексной шине по протоколу RS-422

Рис. 7. Типовая схема подключения гальванически развязанных устройств к магистральной полнодуплексной шине по протоколу RS-422

Компания Maxim Integrated представила новый 8-канальный коммутатор MAX14900E с функцией расширенной самодиагностики для промышленных применений, в том числе дляпрограммируемых логических контроллеров, модулей дискретных выходов с высокой плотностью, контроллеров электродвигателей и модулей управления ШИМ.

Малое время задержки передачи сигнала (максимум 2 мкс), высокая нагрузочная способность выходных каскадов до 850 мА при напряжении 10…36 В позволяют непосредственно управлять различными электродвигателями сервоприводов или группами реле.

Имеется возможность повысить нагрузочную способность, объединив параллельно несколько каналов.

Микросхема конфигурируется, контролируется и управляется посредством последовательного интерфейса SPI и/или параллельного интерфейса. При параллельном подключении каждый вход управляет непосредственно «своим» выходом, а последовательный интерфейс может использоваться для конфигурирования и контроля состояния выходных каскадов. Последовательный режим использует последовательный интерфейс для настройки и мониторинга, а также обеспечивает достоверность данных путем поддержки вычисления контрольных сумм посылок, что делает передачу данных достаточно надежной для ответственных применений, в том числе – для устройств релейной защиты.

Встроенная система ограничения тока и индивидуальная защита каналов от перегрева выходных каскадов позволяет создавать отказоустойчивые системы с расширенной самодиагностикой. При этом контролируется выходной ток каждого канала на предмет замыкания или обрыва цепи.

Рассматриваемый 8-канальный драйвер поддерживает возможность как глобальной диагностики благодаря наличию сигнала FAULT, так и индивидуального контроля состояния каждого канала посредством последовательного интерфейса.

Микросхема выпускается в 48-выводном корпусе QFN-EP с габаритными размерами 7х7 мм, а также в типовом 48-выводном корпусе TQFN-EP.

Рабочий диапазон температур окружающей среды составляет -40…125°С.

Структурная схема микросхемы приведена на рисунке 8.

Рис. 8. Функциональная схема 8-каналаьного коммутатора MAX14900

Рис. 8. Функциональная схема 8-каналаьного коммутатора MAX14900

При коммутации индуктивной нагрузки возникающее напряжение противо-ЭДС может быть поглощено внутренними обратносмещенными защитными диодами. Они способны пропускать ток до 1,9 А при отключении нагрузки индуктивностью до 1,5 Гн.

При работе на чисто емкостную нагрузку драйвер рассеивает мощность, пропорциональную частоте переключения. Рассеиваемая мощность может быть приблизительно оценена как Pрасс. = Снагр. × Uи.п. × fкомм., что при емкости нагрузки в 1 пФ, частоте переключения 100 кГц и напряжении питания 36 В составит 130 мВт на драйвер. Рекомендуемое максимальное значение емкости составляет около 10 нФ.

Выходные каскады драйверов являются стойкими к воздействию электростатических разрядов с потенциалом до ±15 кВ и импульсным перенапряжениям с амплитудой ±600 В, 50 мкс.

Модульные источники вторичного питания

В последнее время наиболее универсальным решением по организации питания электронных узлов стали модульные источники питания, или DC/DC-конвертеры. Компания Maxim Integrated предлагает микроминиатюрные модули питания для прецизионных систем из серии «Гималаи», номенклатура которых приведена в таблице 5.

Таблица 5. Малогабаритные модули питания серии «Гималаи»

Диапазон входных напряжений, В Номинальный выходной ток модуля, А
1 А 1,7 А 2,5 А 3,5 А
4,5…42 MAXM17545 MAXM17543 MAXM17544
4,5…60 MAXM17502 MAXM17505 MAXM17503 MAXM17504
2,4…5,5 Номинальный выходной ток модуля, А
4 А 5 А 6 А
MAXM17514 MAXM17515 MAXM17516

Модули представляют собой сочетание синхронного преобразователя, полностью экранированного дросселя и элементов компенсации и защиты, размещенных в низкопрофильном корпусе типа SiP (System-in-Package, «система в корпусе») с эффективным теплоотводом.

Устройства работают в широком диапазоне входных напряжений 4,5…60 В для серии MAXM1750x и в диапазоне 4,5…42 В для серии MAXM1754x. Они обеспечивают непрерывный режим работы с током нагрузки до 3,5 А (MAXM175x4) с отличным уровнем стабилизации и сглаживания пульсаций. Выходное напряжение регулируется в диапазоне 0,9…12 В.

Для работы модулям требуются только пять внешних компонентов. Высокий уровень интеграции и микроминиатюризации значительно снижает сложность устройства, производственные потери, и сокращает время на разработку, поскольку изделие представляет собой готовое решение для обеспечения питанием практически любого устройства.

Устройство может функционировать в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ), частотно-импульсной модуляции (ЧИМ) или в режиме прерывания тока (DCM).

Модули поставляются в низкопрофильном компактном корпусе с улучшенной теплоотдачей. Габариты корпуса составляют 9х15х2,8 мм.

Благодаря регулировке частоты преобразования в диапазоне 0,1…1,8 МГц, модули не требуют сглаживающих конденсаторов высокой емкости, а значит, фильтрующие элементы могут быть малогабаритными.

Так как модули выпускаются в едином конструктиве и имеют одинаковую схему включения, имеется возможность заимствования и повторения типового решения. Это упрощает разработку печатного узла, делая ее «масштабируемой» под конкретные задачи.

Типовая схема подключения модуля приведена на рисунке 9, а рекомендуемая топология печатной платы – на рисунке 10.

Рис. 9. Типовая схема включения модулей серий MAXM17502…MAXM17545

Рис. 9. Типовая схема включения модулей серий MAXM17502…MAXM17545

Рис. 10. Рекомендуемая топология печатной платы для монтажа модуля MAXM17502…MAXM17545

Рис. 10. Рекомендуемая топология печатной платы для монтажа модуля MAXM17502…MAXM17545

Интегральные микросхемы для источников вторичного питания

Предлагаемая компанией Maxim Integrated линейка микросхем импульсных источников питания приведена в таблице 6.

Таблица 6. Семейство интегральных микросхем понижающих синхронных преобразователей постоянного напряжения

Диапазон входных напряжений 4,5…42 В 4,5…60 В
Максимально допустимый ток нагрузки 25 мА MAX17550 MAX17530
50 мА MAX17551 MAX17531
100 мА MAX17552 MAX17532
300 мА MAX17062 MAX17462
500 мА MAX17501
1 А MAX17502 MAX17542G
1,7 А MAX17505 MAX17545
2,5 А MAX17503 MAX17543
3,5 А MAX17504 MAX17544
5 А MAX17506

В документации, приведенной на официальном сайте компании Maxim Integrated, имеются методики расчета и выбора необходимых внешних элементов. Особенностью микросхем этого ряда является то, что им не требуется обратносмещенный диод Шоттки. Это достигается особенностью внутренней схемотехники микросхемы, имеющей полумостовой выходной каскад на полевых транзисторах. Благодаря этому сокращается число внешних элементов.

На основе этих микросхем можно построить высокоэффективные импульсные понижающие источники питания. Благодаря высоким частотам преобразования, им требуются фильтрующие керамические конденсаторы с небольшой емкостью и небольшие дроссели индуктивности. Выходное напряжение определяется номиналами делителя цепи обратной связи. Микросхемы могут функционировать в режимах ЧИМ или ШИМ, некоторые также могут работать в режиме DCM.

Микросхемы оснащены защитой от перегрева и перегрузки выходных каскадов. Некоторые из них имеют дополнительные сервисные функции, такие как выход компаратора напряжения и мониторинга питания, сигналы внешнего управления разрешением работы или внешней синхронизации.

Применение только керамических конденсаторов во всех цепях и только пассивных элементов внешней обвязки позволяет значительно повысить надежность проектируемого узла и расширить диапазон его рабочих температур.

Среди указанного семейства присутствует также микросхема двухканального источника MAX17521 с номинальной нагрузочной способностью в 1 А на канал при входном напряжении 4,5…60 В. Ее обвязка проектируется аналогично одноканальным источникам. Применение данной микросхемы удобно в системах, где требуется несколько источников с различными питающими напряжениями.

 

Заключение

Компания Maxim Integrated ориентирована на инновации в области разработки новой элементной базы, поэтому большое число новых изделий представляет собой уже готовые решения для построения узлов систем автоматизации и защиты. Они максимально соответствуют требованиям, предъявляемым к высокостабильным и надежным устройствам.

 

Литература

  1. www.compel.ru.
  2. www.maximintegrated.com.
  3. MAX6072 Maxim Integrated datasheet 19-7483; Rev 0; 12/14.
  4. MAX9632 Maxim Integrated datasheet 19-5200; Rev 5; 12/14.
  5. MAX11040K/MAX11060 Maxim Integrated datasheet 19-5741, Rev. 4, 5/15.
  6. MAX11156 Maxim Integrated datasheet 19-6622; Rev 1; 1/15.
  7. MAX11903 Maxim Integrated datasheet 19-7410; Rev 2; 4/15.
  8. MAX14853/MAX14855 Maxim Integrated datasheet 19-7546; Rev 1; 4/15.
  9. MAX14900E Maxim Integrated datasheet 19-6563; Rev 4; 4/15.
  10. MAX44205 datasheet, Maxim Integrated, 19-6951, Rev. 1 12/14.
  11. MAX44206 datasheet, Maxim Integrated, 19-7446, Rev. 0, 11/14.
  12. MAX44241/MAX44243/MAX44246 datasheet, 19-6375, Rev 7, 4/15.
  13. MAX44250/MAX44251/MAX44252 datasheet, 19-6000, Rev 5, 5/15.
  14. MAX44259/MAX44260/MAX44261.MAX44263 Maxim Integrated datasheet 19-5873; Rev 9; 3/15.
  15. MAX44267 datasheet, 19-7455, Rev 0, 11/14.
  16. MAXM17503 Maxim Integrated datasheet 19-7451; Rev 1; 4/15.
  17. MAX17595/MAX17596/MAX17597 Maxim Integrated datasheet 19-6178; Rev 4; 5/15.
  18. MAX17598/MAX17599 Maxim Integrated datasheet 19-6179; Rev 2; 4/14.
  19. MAX17501-MAX17465 Maxim Integrated datasheets.
  20. TUTORIAL 741 «Rail-to-Rail Outputs and Beyond-the-Rails Inputs: The Inside Story on Micropower Op Amps».

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

MAX_NE_13_15-01_opt

Один конфигурируемый преобразователь данных вместо 20 дискретных микросхем

Большинство АЦП и ЦАП, которые предназначены для конкретного применения, не являются универсальными или легко программируемыми. MAX11300 PIXI — первый в отрасли конфигурируемый 20-канальный высоковольтный (-10…10 В) цифро-аналоговый преобразователь данных. Он идеально подходит для сложных приложений, требующих обработки смешанных сигналов, например, для базовых станций, систем промышленного управления и автоматизации. ПО с графическим интерфейсом пользователя, входящее в комплект поставки, позволяет быстро конфигурировать прибор методом перетаскивания («drag and drop»). Можно экспортировать файлы для кодирования и легко переконфигурировать прибор в случае изменения требований. Любому выводу можно назначить любую функцию. В отличие от традиционных многоканальных преобразователей данных, MAX11300 позволяет конфигурировать 20 смешанных портов ввода/вывода (I/O) для оптимизации схемы. Такие возможности обеспечивают инженерам свободу творчества.

В MAX11300 PIXI интегрированы 12-битный многоканальный АЦП, 12-битный многоканальный буферизованный ЦАП, а также высоковольтные аналоговые переключатели и цифровые порты ввода/вывода. Имея широкий диапазон высоких напряжений (-10…10 В), прибор MAX11300 PIXI может обрабатывать высоковольтные биполярные сигналы.

Высокий уровень интеграции позволяет уменьшить размеры системы, сократить затраты и количество необходимых компонентов. Благодаря гибкости MAX11300 PIXI значительно сокращаются сроки разработки и вывода продукции на рынок.

Он обеспечивает более высокую гибкость проектирования, чем любой другой конкурирующий преобразователь данных.

Ключевые преимущества:

  • высокий уровень конфигурируемости;
  • высокий уровень интеграции;
  • высокая гибкость;
  • простота использования;
  • быстрое изготовление прототипов.
•••

Наши информационные каналы

О компании Maxim Integrated

Компания Maxim Integrated является одним из ведущих разработчиков и производителей широкого спектра аналоговых и цифро-аналоговых интегральных систем. Компания была основана в 1983 году в США, в городе Саннивэйл (Sunnyvale), штат Калифорния, инженером Джеком Гиффордом (Jack Gifford) совместно с группой экспертов по созданию микроэлектронных компонентов. На данный момент штаб-квартира компании располагается в г. Сан-Хосе (San Jose) (США, Калифорния), производственные мощности (7 заводов) и ...читать далее