Les concepteurs à la recherche d’une alimentation fournissant un courant de fonctionnement très élevé devraient envisager cette alternative.
Cet article est publié par pÉlectrique dans le cadre d’un partenariat exclusif de contenu numérique avec Bodo’s Power Systems.
Les concepteurs peuvent avoir besoin d’une alimentation fournissant un courant de fonctionnement très élevé dans certaines occasions, mais de tels circuits peuvent être encombrants et nécessiter une quantité importante d’espace sur la carte. La dissipation de chaleur et les mesures de sécurité suffisantes sont également des éléments importants à prendre en compte.
Les régulateurs à commutation des séries NC2700MA, NC2701MA et NC2702MA (série NC270xMA) (Figure 1) représentent une solution possible avec un petit module et une configuration facile malgré quelques paramètres et composants supplémentaires. Les modules sont destinés à être utilisés dans des applications telles que les convertisseurs point de charge, les stations de base de communication, les serveurs de réseau et autres dispositifs industriels et médicaux.
Figure 1. Régulateurs à commutation des séries NC270xMA. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Bodo’s Power Systems [PDF]
Trois versions offrent des courants de sortie maximum de 20 A, 10 A et 6 A respectivement, acceptant une large plage de tension d’entrée de 4 à 28 V, et la tension de sortie peut être réglée de manière externe de 0,7 à 5,3 V (Figure 2). Pour plus de commodité, toutes les versions partagent la même configuration de broches, ce qui facilite le remplacement des dispositifs si, au cours de la phase de conception, vous avez besoin d’une capacité de courant plus élevée.
Figure 2. Courbes d’efficacité des séries NC270xMA. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Bodo’s Power Systems [PDF]
Boîtier et espace sur PCB
Les modules intègrent un régulateur central et d’autres composants périphériques clés tels que l’inductance, les transistors MOSFET haute et basse tension et un condensateur de dérivation. Cela se traduit par une empreinte plus petite sur la carte de circuit imprimé et simplifie la conception du circuit d’alimentation car il n’est pas nécessaire de choisir et d’évaluer les composants intégrés, ce qui permet de gagner du temps, des efforts et des coûts. Les condensateurs d’entrée et de sortie et les autres composants périphériques sont simplement placés à côté du module. L’espace total occupé sur le PCB du circuit complet ne mesure que 19 x 21 mm contre 23 x 28 mm lors de l’utilisation d’une solution similaire avec des composants discrets, ce qui permet de gagner 38 % d’espace sur PCB (Figure 3).
Figure 3. Comparaison de la surface du PCB. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Bodo’s Power Systems [PDF]
Étant donné les courants de sortie élevés fournis par les modules, une dissipation efficace de la chaleur est cruciale. Par conséquent, la série NC270xMA dispose d’un boîtier spécial (Figure 4) avec des pastilles de dissipation optimisées pour une performance de dissipation thermique élevée.
Figure 4. Détails du boîtier et performance de dissipation thermique. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Bodo’s Power Systems [PDF]
Sur le QFN0910-65-MA, toutes les broches sont exposées sur les quatre côtés du boîtier, ce qui facilite les mesures et les inspections de test pour l’évaluation par rapport aux boîtiers LGA ou BGA, qui n’ont accès aux broches que par le bas. Avec cette approche, les concepteurs n’ont pas besoin d’outils supplémentaires ou de pads de test spécialisés pour effectuer des mesures, ce qui simplifie le processus d’évaluation et de test.
Protection et sécurité
La série NC270xMA dispose de fonctionnalités de sécurité intégrées pour protéger le système et garantir un fonctionnement fiable. Un circuit de mise hors tension thermique prévient la surchauffe et protège les composants contre les dommages. Les circuits de détection de surtension et de sous-tension mesurent si la tension de sortie dépasse ou tombe en dessous d’une fenêtre de seuil spécifiée. Le régulateur réagit en conséquence pour protéger le système contre d’éventuels dommages ou un fonctionnement instable. La fonction UVLO garantit que le régulateur fonctionne dans une plage de tension spécifiée. Si la tension d’entrée tombe en dessous du seuil UVLO, le régulateur coupe la sortie pour éviter un fonctionnement incorrect. En ce qui concerne la limitation du courant de sortie, il est possible de choisir entre un circuit de limitation de courant par grésillement ou verrouillé pour se protéger contre des courants de sortie excessifs. Dans le cas d’une limite de courant par grésillement, le régulateur tentera automatiquement de redémarrer périodiquement après la détection d’une condition de surintensité, tandis qu’une limite de courant verrouillée nécessitera une intervention manuelle pour réinitialiser le circuit. La fonction de limitation de courant restreint le courant de crête à travers le transistor MOSFET haute tension pour éviter un écoulement de courant excessif. Il est mesuré par la différence de tension sur une résistance de détection supplémentaire (Rsense) connectée entre la broche SENSE et la broche VOUT_S. Le seuil est réglé sur le niveau souhaité à l’aide de composants externes et, en cas de dépassement de la limite, le transistor MOSFET haute tension est coupé. Il convient de prendre en compte la précision et la valeur de la résistance de détection ainsi que le câblage du PCB pour obtenir une détection précise de la limite de courant et pour minimiser les pertes de puissance dues à des courants de sortie élevés, un ajustement fin est possible en ajoutant des résistances RS1 et RS2 au circuit de détection de courant. Il est également possible de contrôler la valeur de la limite de courant en utilisant la résistance continue (DCR) de l’inductance interne, mais cela n’est pas recommandé en raison de la réduction significative de l’exactitude.
Power Good
Cette sortie fournit un signal logique lorsque le régulateur à commutation fonctionne dans les paramètres spécifiés et que la tension de sortie est stable. Le signal de sortie Power Good n’est valide que lorsque tous les circuits et événements suivants sont dans l’état normal, c’est-à-dire : la puce est activée et alimentée après un démarrage progressif, et les circuits de mise hors tension thermique, OVD, UVD, UVLO, et de limitation de courant par grésillement ou verrouillé ne sont pas actifs.
Fonction de démarrage progressif/suivi
La série NC270x dispose d’une fonction de démarrage progressif qui contrôle le moment où la tension de sortie augmente progressivement de zéro à la valeur de tension réglée après la mise sous tension de la puce. Le temps de démarrage progressif est réglé en interne par défaut à 500 µs, mais peut être prolongé en connectant un condensateur externe supplémentaire (CSS). Vous pouvez également contrôler la séquence de démarrage progressif en connectant une tension externe à la broche CSS/TRK. Cette tension doit ensuite augmenter de 0 à 0,64 V, et la tension de sortie suivra la même courbe de montée jusqu’à la tension de sortie réglée. De plus, le suivi vers le haut et vers le bas est possible.
Fréquence d’oscillation/CLKOUT
La fréquence d’oscillation du circuit peut être contrôlée en connectant une résistance (Rrt) entre la broche RT et GND. La plage de commande de fréquence est spécifiée de 250 kHz à 1 MHz (Rrt = 32 kΩ à 135 kΩ respectivement). Si la résistance Rt est déconnectée, mise en court-circuit ou hors de sa plage de réglage normale, le régulateur à commutation cessera de fonctionner pour protéger le circuit intégré, et la broche CLKOUT sera tirée au niveau du sol. Après que la cause de l’état anormal a été supprimée, le circuit intégré redémarrera avec une séquence de démarrage progressif. La broche CLKOUT fournit un signal d’horloge synchronisé avec la fréquence de commutation interne.
Broche de mode/Synchronisation de fréquence
La série NC270xMA peut se synchroniser avec un signal d’horloge externe connecté à la broche MODE en utilisant une boucle à verrouillage de phase (PLL), ce qui permet de fonctionner en mode PWM forcé à l’aide de l’horloge externe comme référence, même pendant la procédure de démarrage progressif. Pour effectuer une synchronisation, l’horloge externe doit avoir des périodes haute/basse d’au moins 100 ns ou plus, et l’horloge externe doit être comprise entre 0,5 et 1,5 fois la fréquence réglée. À condition d’éviter des conditions spécifiques, telles que le devoir maximal ou supérieur et une petite différence entre la tension d’entrée et de sortie.
Cet article est initialement paru dans le magazine Bodo’s Power Systems [PDF].