Низковольтные интегральные стабилизаторы и преобразователи напряжения компании STMicroelectronics

Опубликовано в номере:
PDF версия
Эта статья написана для инженеров, которым часто приходится выбирать микросхемы для цепей питания, чтобы найти оптимальный баланс между ценой, качеством и функциональностью. Естественно, в рамках одной публикации невозможно осветить все существующие на рынке решения, поскольку тема чересчур обширна. Речь пойдет о низковольтных интегральных стабилизаторах и преобразователях напряжения компании STMicroelectronics (ST). Автор не ставит цели рассказать о каких-то выдающихся параметрах или функциях микросхем данного производителя, но постарается создать у читателя четкое представление о выпускаемой номенклатуре для низковольтных цепей питания и дать рекомендации к выбору микросхем для конкретных применений.

Компания ST входит в пятерку крупнейших мировых производителей микросхем питания и занимает третье место по доле их продаж в регионе развивающихся рынков, куда входит и Россия. Конечно, ST выпускает не только микросхемы питания и не только для низковольтных цепей, в портфеле продуктов компании широчайший набор полупроводниковых решений для полного комплектования активными компонентами изделий самых различных отраслей применения. О них мы, вероятно, расскажем в будущих статьях.

Рассмотрим первый тип элементов — линейные стабилизаторы напряжения (LDO). Этот тип микросхем для цепей питания наиболее оптимален для использования в следующих случаях: при необходимости иметь чистое питание без шумов и пульсаций, при питании внешних узлов или резервных подсистем и при питании небольших нагрузок с понижением напряжения от силовых шин устройства. Условно данные продукты ST можно разбить на четыре направления оптимизации: ультранизкое падение напряжения, сверхнизкий ток собственного потребления, низкий уровень шума с высоким подавлением входных пульсаций и последнее направление — микросхемы в миниатюрных корпусах.

В таблице 1 приведена сводная информация по номенклатуре LDO с ультранизким падением напряжения, предназначенных для применения во вторичных цепях питания с напряжением до 5,5 В. По горизонтали указаны типовые значения падения напряжения при максимальном токе нагрузки во всем диапазоне рабочих температур. По вертикали компоненты отсортированы по максимальному току на выходе. Голубым цветом отображены новые микросхемы. Здесь и далее все микросхемы, отмеченные как новые, либо уже запущены в серийное производство, либо ожидаются к выходу в серию в течение одного или двух кварталов.

Таблица 1. LDO с ультранизким падением напряжения (Iout max/Vdrop, Vin < 5,5 В)

Микросхемы с максимальным выходным током до 500 мА могут иметь корпуса SOT23-5L, SC70, DFN4L, DFN6L или Flip-chip 4, а начиная с 800 мА и выше, уже используются более производительные с точки зрения теплоотвода корпуса: DFN6 (2×2, 2×3, 3×3, 4×4), DFN8 (3×3), DPAK или PPAK.

Аналогично таблица 2 знакомит нас с номенклатурой LDO с входным напряжением до 18 В, а в таблице 3 эти компоненты для удобства отсортированы по максимальному рабочему напряжению на входе.

Доступные варианты корпусирования микросхем из этой таблицы также находятся в зависимости от максимального выходного тока: микросхемы на 200 мА выпускаются в корпусах SOT-89, SOT23-5L, SOT323-5L и DFN6 (1,2×1,3), а более мощные доступны в следующем наборе корпусов: SO-8 (только LDL212), DPAK (только LDF/M), PPAK и DFN6 (2×2, 3×3).

Микросхемы LDO, оптимизированные по току собственного энергопотребления, представлены в таблице 4. Компоненты отсортированы по максимальному выходному току и по току потребления. Для каждого из компонентов в правой колонке указан диапазон входного напряжения и доступные варианты корпусов. Светло-зеленым цветом отмечены новинки.

Таблица 4. LDO со сверхнизким собственным энергопотреблением (Iout max/Iq)

Микросхемы LDO с низким уровнем шума и хорошим подавлением входных пульсаций отсортированы по этим параметрам в таблице 5. Данные микросхемы выпускаются в широкой гамме миниатюрных корпусов, покрывают диапазон выходных токов 150 мА — 2 А, имеют низкое энергопотребление и быструю переходную характеристику. В таблице указаны типовые значения PSRR на 10 кГц. Голубым цветом выделены новые компоненты.

Таблица 5. LDO с низким уровнем шума и высоким PSRR (PSRR/шум мкВrms)

Рекомендации по применению микросхем LDO от ST в обобщенном виде собраны в таблице 6. В дополнение особо выделим следующие удачные примеры применения:

  • LD39130 (150 мА, Iq 1 мкА), STLQ015 (300 мА, Iq 1 мкА), ST715/LDK715 (85 мА, Iq 3,5–5 мкА) для тревожных датчиков противопожарных и охранных систем;
  • LD39020 (200 мА, DFN 1,2×1,3 мм) для миниатюрных устройств с питанием по принципу сбора энергии;
  • LD39150/LD39300 (1,5/3 А, Vdrop 200мВ, Iq 1 мкА ) для вторичных цепей электропитания систем GSM-телематики;
  • LDK120/LDK130 (200/300 мА, DFN 1,2×1,3 мм) для носимых устройств и узлов «Интернета вещей»;
  • ST1L08 (800 мА, 80 дБ PSRR), LDLN015 (150 мА, 6,3 мкВrms) для медицинских и измерительных приборов, устройств с беспроводным каналом передачи данных.

Таблица 6. Рекомендации по применению LDO компании ST

Перейдем к импульсным DC/DC-преобразователям. Номенклатуру DC/DC-преобразователей ST можно условно поделить на три группы продуктов: понижающие преобразователи с Vin > 24 В, низковольтные понижающие преобразователи для пострегулирования и промежуточные вольтодобавочные преобразователи.

На рис. 1 представлена первая группа продуктов — понижающие преобразователи с Vin > 24 В. Голубым цветом выделены преобразователи с синхронным выпрямлением и соответственно более высоким КПД и низким собственным энергопотреблением. Большинство из представленных устройств (кроме ST1S14, L7980 и L7981) имеют автомобильный аналог. Варианты с автомобильной квалификацией меняют первую букву в наименовании на «А». Звездочкой отмечены продукты, находящиеся в разработке.

Рис. 1. Понижающие преобразователи с Vin > 24 В

В таблице 7 представлено более подробное описание входящих в эту группу компонентов. Некоторые преобразователи могут синхронизироваться в пару с фазовым сдвигом 180° для улучшения электромагнитной совместимости, имеют подстраиваемую рабочую частоту и функцию мягкого старта.

Таблица 7.

На рис. 2 показана группа DC/DC-преобразователей для низкого входного напряжения. Красным цветом выделены преобразователи с синхронным выпрямлением. Звездочкой помечены продукты, готовящиеся к выходу в серийное производство. Для удобства основная информация по микросхемам этой группы собрана в таблицу 8, куда также включены и вольтодобавочные преобразователи.

Рис. 2. Группа DC/DC-преобразователей для низкого входного напряжения

Таблица 8.

Отдельно следует поговорить о ST1PS02. Это микросхема нового поколения, которая станет доступна в начале 2018 года и предназначена для применения в носимой электронике, беспроводных датчиках, а также устройствах с питанием методом сбора энергии. Микросхема потребляет 400 нА в режиме сна и меньше 10 нА в состоянии «выкл.» и гарантирует работу с высоким КПД даже при нагрузке в несколько микроампер (90% при токе 10 мкА). Напряжение на выходе, управляемое сигналами цифровой логики, может быть установлено в одно из восьми значений без применения внешнего резистивного делителя.

Другие функции этой микросхемы предусматривают встроенный управляемый ключ питания цепи вспомогательной нагрузки (до 100 мА) и программируемый уровень ограничения тока на выходе. Микросхема позволяет создавать на ее основе миниатюрные и весьма энергоэффективные устройства.

Вариантов применения DC/DC-преобразователей ST великое множество. Очень часто первую роль играет цена, и с этой точки зрения микросхемы ST весьма конкурентоспособны. Приведем несколько примеров применения:

  • STBB1 1А buck boost — преобразователь для охранных систем с батарейным питанием;
  • STBB3 2A buck boost — преобразователь для портативных приборов;
  • ST1S14 — для мобильных терминалов и GSM-телематики;
  • L7986 — для кассового аппарата с GSM-подключением;
  • L7987(L) — для промышленного логического контроллера.

Для помощи в выборе подходящего компонента по параметрам требуемого источника питания, автоматического проектирования, расчета и симуляции электрической схемы можно воспользоваться бесплатным онлайн-инструментом eDesignSuite, доступным на сайте ST. Однако функционал eDesignSuite на этом не заканчивается. Кроме источников питания AC/DC, DC/DC и зарядных устройств, данный инструмент предлагает помощь в проектировании светодиодных источников питания, аналоговых фильтров, компараторов, токовых измерительных цепей и NFC-антенн. Это средство также полезно при выборе силовых и ограничительных диодов, автомобильных ключей и микроконтроллеров.

Рис. 3.

Производственная база ST использует современные статистические методы контроля качества выпускаемых кристаллов микросхем. Наряду с другими методами контроля это обеспечивает близкий к нулю уровень отказов. В любом электронном устройстве схема питания является одним из самых уязвимых и в то же время ответственных узлов. Безусловно, многие инженеры не часто рискуют поставить в ответственную разработку новую, доселе не проверенную в эксплуатации микросхему стабилизатора или преобразователя напряжения. Однако технологический прогресс не стоит на месте, новые микросхемы опережают чипы предыдущих поколений не только по параметрам и функционалу, но и по более доступной цене, что, конечно же, стимулирует их применение.

По всем вопросам обращайтесь в департамент активных компонентов

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *