Как подобрать микросхему управления питанием Texas Instruments под схему платы

Под обозначением «микросхема управления питанием» в спецификации может скрываться линейный стабилизатор, импульсный преобразователь, контроллер с внешним ключом, драйвер затвора, супервизор или источник опорного напряжения. Это разные классы приборов с разными правилами подбора, и строка «питание 3,3 В» в задании не определяет ни один из них.

Ниже разобрано, какие классы микросхем питания применяются в цепях платы, по каким параметрам они подбираются и что проверяется при замене снятой позиции. Номенклатура собрана в разделах Texas Instruments — управление питанием и управление питанием.

Какие классы микросхем относятся к цепям питания

• Линейные стабилизаторы и LDO — понижение напряжения с низким уровнем шума. В каталоге это ряды LM1117, LM1085, LP2981, LP2986, TLV755, TPS709 и TPS7A с фиксированным и регулируемым выходом.
• Импульсные преобразователи со встроенным ключом — ряды TPS54, LM2574, LM2575, LM2576. Применяются, когда разница между входным и выходным напряжением велика и линейная схема недопустима по нагреву.
• Контроллеры с внешним ключом — LM5146 и подобные исполнения для схем с большим током или высоким входным напряжением, где силовой транзистор выносится из корпуса микросхемы.
• ШИМ-контроллеры и контроллеры коррекции коэффициента мощности — ряды UCC28C45 и UCC28089 для источников с трансформаторной развязкой.
• Драйверы затвора — UCC27425, UCC27211, UCC27511. Ставятся между логикой и силовым ключом; подробнее этот класс разобран в разделе драйверы и ключи.
• Супервизоры и сторожевые схемы — TPS3808, TPS3803 для формирования сброса по порогу напряжения питания.
• Узлы распределения и защиты — переключатели источников TPS2113 и TPS2114, узлы горячей замены на LM5067, контроллеры заряда BQ24032 и BQ24315.
• Измерение и опора — мониторы тока и мощности INA139 и INA226, источники опорного напряжения TL431 и REF2030, секвенсоры питания UCD9090 для многоканальных плат.
• Готовые модули питания — исполнения ряда TPSM, где индуктивность уже встроена в корпус микросхемы.

Линейная схема или импульсная

Первое решение в проекте цепи питания — тип преобразования. Оно определяется не предпочтением, а тепловым балансом и требованиями к шуму.

• Линейный стабилизатор рассеивает разницу входного и выходного напряжения, умноженную на ток нагрузки. При падении 5 В и токе 0,5 А на корпусе выделяется 2,5 Вт, и корпус SOT-23 такую мощность не отводит.
• Импульсный преобразователь сохраняет высокий коэффициент полезного действия при большой разнице напряжений, но добавляет пульсации и требует индуктивности, выходных конденсаторов и аккуратной разводки.
• Комбинированная схема применяется там, где нужно и то и другое: импульсный преобразователь понижает напряжение до промежуточного уровня, LDO с высоким подавлением пульсаций питает аналоговый узел.
• Параметр dropout у LDO определяет минимальную разницу между входом и выходом, при которой стабилизация сохраняется. Для питания 3,3 В от шины 5 В он критичен, для питания от 12 В — нет.

Что задаёт выбор в каждом классе

Что проверяется по параметрам до заказа

• Диапазон входного напряжения с учётом переходных процессов, а не только номинала шины. Запас по предельному входу закладывается на выброс при включении и отключении нагрузки.
• Ток нагрузки в пике и в продолжительном режиме. Для импульсных схем проверяется ограничение по току и поведение при перегрузке.
• Тепловой режим: рассеиваемая мощность, тип корпуса, наличие теплоотводящей площадки, площадь меди под корпусом.
• Корпус и посадочное место. В ряду стабилизаторов одно и то же обозначение встречается в SOT-23, SOT-223, TO-252, TO-220, TSSOP-20 и VQFN-20 — посадка на плату у них разная.
• Тип выхода — фиксированное значение или регулируемый с внешним делителем. При замене фиксированного исполнения регулируемым на плате появляются два дополнительных резистора.
• Частота переключения: влияет на размер индуктивности, уровень помех и попадание в чувствительный диапазон измерительного тракта.
• Диапазон рабочих температур и исполнение по надёжности — коммерческое, индустриальное или специального применения.

Что ставится вокруг микросхемы

• Индуктивность для импульсной схемы подбирается по току насыщения и частоте — раздел индуктивные компоненты.
• Входные и выходные конденсаторы задают пульсацию и устойчивость контура обратной связи; тип диэлектрика и напряжение указываются вместе с ёмкостью — раздел конденсаторы.
• Резисторы делителя обратной связи для исполнений с регулируемым выходом — их точность напрямую переносится в погрешность выходного напряжения.
• Защита по входу от выброса и переполюсовки — защитные диоды TVS и ESD.
• Когда плату проще питать готовым узлом, вместо набора компонентов берут DC/DC-преобразователь или модуль питания.

Подбор замены снятой позиции

• Сначала сверяется функция и схема включения, затем электрические параметры и только потом корпус. Совпадение корпуса при разной схеме включения не делает позицию заменой.
• Суффиксы в артикуле обозначают корпус, исполнение по температуре, вариант упаковки и бессвинцовое исполнение. Позиции LM1117DTX-3.3/NOPB, LM1117MP-3.3/NOPB и LM1117GS-3.3 различаются корпусом при одинаковом выходном напряжении.
• Для регулируемых исполнений проверяется опорное напряжение обратной связи: при его изменении пересчитывается делитель.
• Для импульсных схем сверяются частота, схема компенсации и требования к внешним элементам — замена контроллера часто тянет за собой замену индуктивности.
• Если прямого аналога нет, рассматривается переход на другой класс: вместо снятого LDO — импульсный преобразователь с последующим линейным стабилизатором на чувствительной цепи.

Частые вопросы

Можно ли заменить LDO импульсным преобразователем на том же месте? Только с переработкой участка платы. Импульсной схеме нужны индуктивность, другие конденсаторы и обратная связь, а на чувствительных аналоговых цепях добавившиеся пульсации придётся гасить дополнительным фильтром.

Что означает «вход до 100 В» в характеристике контроллера? Предельное значение, при котором микросхема сохраняет работоспособность. Рабочее напряжение шины выбирается ниже, с запасом на выбросы при коммутации нагрузки.

Почему позиции с одинаковой моделью различаются ценой и сроком? Исполнения различаются корпусом, температурным диапазоном, вариантом упаковки и датой производства. На срок влияет и форма поставки — лента, пенал или россыпь.

Нужен ли супервизор, если контроллер имеет собственный сброс? Встроенный узел рассчитан на питание самого контроллера. Если на плате несколько шин и важен порядок их подъёма, ставится внешний супервизор или секвенсор.

Что прислать для подбора? Перечень позиций с артикулами или требования к цепи: входное напряжение и его диапазон, выходное напряжение, ток нагрузки в пике и продолжительно, допустимую пульсацию, корпус и посадочное место, диапазон температур, объём партии и срок.

Что мы делаем

Разбираем схему питания платы по шинам, подбираем позиции по входному диапазону, току и тепловому режиму, сверяем корпус с посадочным местом, предлагаем аналог с сопоставлением по документации, если позиция снята, и комплектуем обвязку. Разделы — Texas Instruments — управление питанием, управление питанием, стабилизаторы напряжения, DC/DC-преобразователи.

Пришлите перечень позиций или параметры цепей питания на micro@tkasiatorg.ru — подберём микросхемы по входу, току и корпусу, добавим индуктивности и конденсаторы обвязки и назовём срок поставки партии.