ST1S15 – moderní obvod pro spínané zdroje od STMicroelectronics®

Ať je, či není v aplikaci mikrokontrolér, musí každá aplikace s elektronickými součástkami obsahovat vhodný napájecí zdroj. U jednoduchých aplikací s nízkým odběrem vystačíme s jednoduchými lineárními stabilizátory. U složitějších aplikací, které mají větší odběr, kde již nelze většinou použít jednoduché lineární stabilizátory, najdou uplatnění moderní spínané zdroje, které mají mnohem lepší účinnost. Z velmi širokého portfolia firmy STMicroelectronics® si představme obvod ST1S15 pro spínané zdroje (měniče) typu step-down, tj. u kterých je výstupní napětí vždy nižší než vstupní.

Obr. 1 Pouzdra obvodu ST1S15

Obvod ST1S15 je navržen tak, aby celý spínaný zdroj zabíral co nejméně místa. Proto jeho pracovní frekvenci nastavil výrobce na neuvěřitelných 6 MHz. Díky této vysoké pracovní frekvenci jsou potřebné kapacity kondenzátorů malé. Díky tomuto faktu lze použít i lacinější keramické kondenzátory s vhodnými vlastnostmi. Výrobce doporučuje použití kondenzátoru s kapacitou pouhých 4,7 μF. Použitý vyšší pracovní kmitočet má též stejný dopad na velikost indukčnosti. Vhodná indukčnost má hodnotu pouhých 470 nH. I když je obvod schopný pracovat i s jinými hodnotami kondenzátoru a indukčnosti, jsou vnitřní kompenzace ST1S15 optimalizovány pro výše uvedené hodnoty, a proto je více než vhodné výrobcem navržené hodnoty těchto součástek respektovat. Obvod je navržený tak, aby zapojení bylo co nejjednodušší, takže kromě výše zmíněných dvou prvků je pro správnou funkci potřeba pouze jeden další kondenzátor, a to na vstupní straně. Jako vhodné jsou doporučovány kondenzátory s dielektrikem X5R či X7R.

Obr. 2 Schéma obvodu ST1S15

Maximální vstupní napětí obvodu 6 V dává tušit, že obvod je navržen pro moderní aplikace, kde jsou použity obvody s nízkým napájecím napětím 1,8 V či 2,8 V. Jelikož tyto aplikace bývají často napájeny z baterií či akumulátorů, je za velmi důležitý parametr považována účinnost. Aby obvod ST1S15 vyhověl těmto požadavkům, je konstruován jako synchronní, kdy místo diody je použit synchronně řízený polem řízený tranzistor, což se kladně projeví na vyšší účinnosti zdroje, neboť na tomto tranzistoru jsou mnohem nižší ztráty. Pro další zvýšení účinnosti je obvod vybaven dvěma módy, módem PWM a PFM. Zatímco PWM mód je vhodný pro normální zátěž, kdy spotřeba napájeného zařízení je vyšší než 200 mA, mód PFM (pulse frequency mode) je vhodný v případě nižších proudových odběrů zhruba do 100 mA. Díky těmto dvěma režimům se podařilo návrhářům udržet účinnost měniče na cca 85 % v skoro celém rozsahu možné zátěže. Jak jsou tyto dva módy důležité, si je možné ukázat i na jejich klidovém proudovém odběru. Zatímco obvod v režimu PFM odebírá pouhých 45 μA, v módu PFM se jeho spotřeba pohybuje typicky okolo 15 mA (při nulové zátěži)! Tento měnič je tedy vhodný i pro moderní bateriově napájené aplikace, které využívají energeticky úsporné režimy v době nečinnosti. Měnič bude automaticky nastavovat vhodný režim podle měnícího se proudového odběru. V případě potřeby lze však pomocí signálu na dedikovaném pinu kdykoliv aktivovat režim PWM.

Neboť moderní aplikace jsou často velmi stěsnané, takže se zde šetří s každým mm3, je obvod ST1S15 nabízen ve velmi malých pouzdrech. Konkrétně to je pouzdro Flip Chip 6 s půdorysem pouhých 0,93 × 1,19 mm a o trochu větší pouzdro DFN6 s rozměry 2 × 2 mm. Přestože je zapojení step-down měniče s obvodem více než jednoduché, výrobce nenechává nic náhodě, a tak v datasheetu tohoto obvodu nalezneme i doporučované rozložení součástek i s layoutem plošného spoje.

Aktuální informace o novinkách od firmy STMicroelectronics® nejen z této, ale i mnoha dalších oblastí, můžete najít na webových stránkách www.st.com. Cenové nabídky je pak možné vyžádat u distributorů.