Cesta k modernímu zdroji je dlážděna obvody LTC7803

Obvod LTC7803 [1] je synchronní snižující kontrolér, který byl v ADI vyvinut s cílem zjednodušit návrh špičkových zdrojů napájení. Ve výčtu základních vlastností kontroléru nesmí chybět integrované budiče hradla s nízkou impedancí umožňující spínat MOSFETy s kanálem typu N, takže je možné snižovat celkové náklady spojené s měničem a dále přitom zvyšovat dosahovanou účinnost. Za zmínku stojí též neobyčejně nízký klidový odběr během provozu (5 μA), široký vstupní a také výstupní napěťový rozsah 40 V, velmi široké rozpětí pro stavitelný spínací kmitočet od 100 kHz až do 3 MHz, možnost snímání proudu na základě rezistoru či indukčnosti a jejího DCR pro zajištění ještě lepší účinnosti, příp. schopnost pracovat se stoprocentní střídou. Důležitá je také podpora práce v rozprostřeném spektru (Spread Spectrum®). Obvody LTC7803 modulují spínací kmitočet v rozsahu ±15 %, takže lze snadněji vyhovět požadavkům spojeným s elektromagnetickými interferencemi a zmenšit i náklady, pokud jde o EMI filtry.

Zapojení a jeho možnosti

Schéma zapojení snižujícího měniče vidíme na obr. 1. Ze vstupní hladiny v rozmezí od 5 V až do 38 V návrh na svém výstupu zajišťuje 3,3 V a 20 A. Na výkonové trase se „potkáváme“ s MOSFETy Q1 až Q4, indukčností L1 a také vstupními či výstupními filtračními kapacitami. Vývod MODE pak umožňuje definovat prostřednictvím JP1 mód s vynuceným nepřetržitým vedením proudu, režim s vynecháváním pulzů či Burst Mode®. Pokaždé však bude nutné počítat s určitými výhodami, ale také nevýhodami. V případě FCM bude např. malé zvlnění na výstupu napříč celým rozsahem výstupních proudů vykoupeno mírou účinnosti při nízkém zatížení. Burst Mode® zase nabízí neobyčejně vysokou efektivitu provozu při malém, resp. nulovém zatížení, nicméně je nutné v takových situacích počítat s vyšším zvlněním výstupního napětí.

Další z výhod obvodu LTC7803 spočívá ve schopnosti synchronizace s vnějším taktem, takže lze zabránit interferenčním potížím způsobeným vzájemným působením odlišných kmitočtů využívaných host systémem. Výběr mezi pevně danou frekvencí, synchronizací s externím signálem nebo také činností v rozprostřeném spektru zde umožňuje jumper JP2, FREQ SET. Stojí za zmínku, že kontrolér při zvoleném režimu Burst Mode® (vývod MODE je vztažen vůči zemi) a při aktivní synchronizaci (taktovací pulzy na pinu PLLIN/Spread) pracuje v módu FCM. Z praktického hlediska bude v takové situaci výhodnější použít režim s vynecháváním pulzů (vývod MODE je vztažený k INTVCC přes rezistor 100 kΩ), který pak při menším zatížení zajistí v porovnání s FCM mnohem lepší účinnost.

OO Účinnost a také rozprostřené spektrum

Míru účinnosti měniče pracujícího v režimu Burst Mode® s ohledem na různá vstupní napětí vidíme na obr. 2. Ke zhodnocení možností obvodu LTC7803 posloužila vývojová deska DC2834A z obr. 3. Termosnímek desky je při plném zatížení zachycen na obr. 4.

Výraznou předností obvodu LTC7803 se rovněž stává možnost práce v rozprostřeném spektru. Zmíněná schopnost výrazně potlačuje vyzařované a také vedené rušení měniče a do značné míry zjednodušuje zajištění shody celého systému, pokud jde o standardy popisující EMI. Na obr. 5 pak z hlediska rušení šířeného po vedení sledujeme srovnání dvou průběhů – s a také bez provozu v rozprostřeném spektru, to vše v rámci limitů dle CISPR 25 Class 5.

Závěr

Integrovaný obvod LTC7803 je synchronně snižujícím kontrolérem s nízkým klidovým odběrem, který výraznou měrou zjednodušuje návrh výkonových měničů s vysokou účinností. S optimální přechodovou odezvou dokáže pracovat napříč širokým rozsahem vstupních a také výstupních napětí. LTC7803 přichází s nesmírně důležitými vlastnostmi, pokud jde o režim Burst Mode® či práci v rozprostřeném spektru, a dále tak zlepšuje svou účinnost, včetně shody se standardy popisujícími EMI.