Меню

Микросхема HT7178. Тех. описание, схема, datasheet.

Общие сведения о микросхеме HT7178.

Микросхема HT7178 – мощный повышающий DC/DC преобразователь напряжения в интегральном исполнении.

Микросхема HT7178. Внешний вид

Микросхема преобразователя имеет широкий диапазон входного напряжения от 2,7V до 12V. Это позволяет применять в качестве источника питания один литиевый аккумулятор или составную литий-ионную батарею из двух ячеек, а также свинцово-кислотные аккумуляторы напряжением 12V.

Основные сведения о микросхеме HT7178 представлены в следующем порядке:

Исходные файлы технической документации:

Особенности и функционал микросхемы.

Особенностью микросхемы HT7178 является то, что она требует минимум внешних элементов для своей работы. В этом можно убедиться, взглянув на следующее фото.

Микросхема HT7178 и внешние элементы её обвязки

Из самых крупногабаритных компонентов обвязки, это разве что SMD-дроссель (smd power inductor или просто "choke") и электролитические конденсаторы большой ёмкости.

Преобразователь выполнен по топологии синхронного повышающего преобразователя, что означает, что вместо внешнего диода Шоттки используется встроенный в саму микросхему MOSFET-транзистор с малым сопротивлением открытого канала.

Управляющая схема преобразователя поддерживает работу в режиме ШИМ, что является оптимальным вариантом при больших и средних нагрузках, а при малых нагрузках включается режим частотно-импульсной модуляции (ЧИМ и он же PFM), что позволяет поддерживать высокий КПД при малом токе нагрузки.

Согласно сведениям из технического описания (даташита), КПД микросхемы составляет 96% при входном напряжении VIN = 7,2V, выходном напряжении VOUT = 16V и потребляемом токе IOUT = 2A.

Также микросхема имеет функцию плавного пуска, что позволяет избежать броска тока при включении преобразователя.

Имеется возможность подключения внешнего ключевого MOSFET-транзистора, который полностью отключает нагрузку от источника питания в ждущем режиме (функция отключения нагрузки).

Микросхема HT7178 применяется в таких устройствах, как портативные Bluetooth-колонки, внешний аккумулятор с функцией быстрой зарядки, устройствах передачи питания по USB Type-C, планшетных и портативных компьютерах, прочей электронной аппаратуре с автономным источником питания.

Данная микросхема применяется в одной из ревизий основной платы для портативной аудиосистемы SVEN PS-650.

Основные характеристики микросхемы HT7178.

Таблица №1. Основные электрические параметры микросхемы HT7178.

Обозначение Описание Значение
VIN Входное напряжение. 2,7...12V
VOUT Выходное напряжение (при Freq = 500 кГц) 4,5...20V
VOVP Порог срабатывания защиты от повышенного напряжения на выходе. 21,5...22,5V
VIN_UVLO Порог срабатывания защиты от пониженного напряжения на входе. 2,5V
ISD Ток потребления микросхемы в ждущем режиме по выводу VIN. 1...6μА
fSW Частота переключения (при RFREQ= 220 kΩ, VIN= 3,6V, VOUT= 12V). 500kHz
ILIM Предел пикового тока переключателя (при RILIM= 100 kΩ). 12A
VENH Верхний уровень напряжения включения микросхемы по выводу EN. 1,5V
VENL Нижний уровень напряжения включения микросхемы по выводу EN. 0,4V
VMODEH Верхний уровень напряжения активации принудительного режима ШИМ по выводу MODE. 4V
VMODEL Нижний уровень напряжения активации принудительного режима ШИМ по выводу MODE. 1,5V
RDS(on) Сопротивление открытого канала встроенных MOSFET-транзисторов 16mΩ
IGD_SINK Ток драйвера затвора внешнего MOSFET-транзистора по выводу DIS. 55μА
TSD Порог температуры срабатывания защиты от перегрева. 150°С
ΔT Интервал сброса защиты от перегрева. 20°C
TA Рабочий диапазон температуры окружающей среды. -40...+85°С

Цоколёвка и назначение выводов микросхемы.

Микросхема повышающего преобразователя выполнена в корпусе DFN20 для поверхностного SMT-монтажа.

Цоколёвка микросхемы HT7178

Таблица №2. Обозначение выводов микросхемы HT7178 и их функциональное назначение.

Номер вывода Обозначение Назначение/функция
1 VCC Выход встроенного LDO-стабилизатора.
2 EN Вывод «ENABLE». При подаче напряжения высокого уровня микросхема переходит в рабочий режим. При подаче напряжения низкого уровня микросхема выключается.
3 FSW Вывод установки частоты переключения. Частота задаётся резистором RFREQ.
4, 5, 6, 7 SW Вывод внутреннего ключевого MOSFET-транзистора.
8 BOOT Между выводом BOOT (затвора внутреннего MOSFET-транзистора) и выводом SW подключается конденсатор ёмкостью 0,1 мкФ.
9 VIN Вывод подачи питания на управляющую ("логическую") часть микросхемы.
10 SS Вывод подключения конденсатора для реализации функции плавного пуска.
11 DIS Выход драйвера затвора внешнего MOSFET-транзистора, используемого для отключения нагрузки. Если функция отключения нагрузки не требуется, то вывод оставляют неподключенным.
12 NC Неиспользуемый вывод. Может быть соединён с общим проводом GND ("Землёй") для дополнительного рассеивания тепла от чипа на печатную плату.
13 MODE Выбор режима работы при малой нагрузке. При подаче сигнала высокого уровня будет использоваться принудительный ШИМ. Если оставить неподключенным, то при малой нагрузке будет задействован режим PFM.
14, 15, 16 VOUT Выход преобразователя.
17 FB Вывод обратной связи по напряжению. Установка выходного напряжения.
18 COMP Вывод выхода сигнала внутреннего усилителя сигнала ошибки.
19 ILIM Вывод для настройки пикового тока.
20 AGND Вывод для подключения к общему проводу (GND) слаботочной части микросхемы.
Thermal pad PGND Общий вывод силовой части микросхемы и термопрокладка. Заземление питания.

Типовая схема включения микросхемы HT7178.

Типовая принципиальная схема преобразователя на микросхеме HT7178.

Схема преобразователя на микросхеме HT7178
Типовая схема включения HT7178.

Общие пояснения к типовой схеме.

Между выводом SW и BOOT подключается конденсатор CBOOT ёмкостью 0,1 мкФ.

Вывод VCC является выходом внутреннего LDO-стабилизатора. Для его штатной работы необходимо подключить к выводу VCC электролитический конденсатор ёмкостью 2,2 мкФ.

Для получения хорошей фильтрации и уменьшения пульсаций напряжения на входе микросхемы VIN устанавливаются электролитические конденсаторы ёмкостью 1, 10, 10, 470 мкФ с низким ESR. На плате их следует размещать как можно ближе к дросселю L. То же самое относится и к конденсаторам, устанавливаемым на выходе преобразователя VOUT.

К выводам (4, 5, 6, 7) SW подключается SMD-дроссель L (катушка индуктивности). Типовое значение его индуктивности 2,2μH. Рекомендуется использовать дроссель с низким DCR (сопротивлением катушки индуктивности постоянному току), а также низким ESR на высоких частотах. Это повысит эффективность повышающего преобразователя. На макетной или печатной плате данный дроссель должен располагаться как можно ближе к выводам SW.

Для уменьшения электромагнитных помех (ЭМП), генерируемых схемой желательно установить RC-цепь между выводами SW и общим проводом схемы. Номиналы элементов в помехоподавляющей RC-цепи: R – 1 Ом, C – 10 нФ.

Вывод COMP является выходом внутреннего усилителя сигнала ошибки. К данному выводу подключена цепь из элементов RC, CCи CP. Типовые значения RC = 56 кОм, CC = 3,3 нФ. Подробные пояснения и формулы для расчёта номиналов элементов данной цепи (RC, CC, CP) приведены в даташите на микросхему.

Для предотвращения внезапных скачков тока микросхема имеет функцию циклической защиты от перегрузок по току. Как только ток коммутации достигнет установленного порога ILIM, ключевой MOSFET преобразователя отключается, чтобы исключить повреждение микросхемы большим током.

Предельное значение пикового тока задаётся по 19 выводу ILIM, посредством которого программируется пиковый ток. К данному выводу подключается резистор RILIM. Значение пикового тока можно рассчитать по формуле:

ILIM = 1200000 ÷ RILIM.

Типовое сопротивление резистора RILIM составляет 100 кОм, что соответствует пиковому току в 12 ампер.

Установка частоты переключения.

Рабочая частота преобразователя fSW задаётся резистором RFREQ, который подключается между выводами FSW (3) и SW (4, 5, 6, 7). Частоту переключения можно задать в диапазоне от 200 кГц до 2,2 МГц.

Для получения частоты переключения 450...600 кГц подойдёт резистор RFREQ номинальным сопротивлением 180...220 кОм.

Настройка выходного напряжения.

Напряжение на выходе преобразователя VOUT задаётся с помощью резисторов RUP и RDN, подключенных к 17 выводу FB.

Его величину можно рассчитать по следующей формуле:

VOUT = VREF × (1 + RUP ÷ RDN), где VREF = 1,204V.

Номиналы резисторов RUP и RDNи соответствующее выходное напряжение показаны в таблице №3. Значения сопротивления резисторов, указанные в ней можно использовать, как ориентир при расчёте требуемого выходного напряжения.

Таблица №3. Типовые параметры настройки выходного напряжения.

VOUT(V) RUP(кОм) RDN(кОм)
9,4 510 75
12,2 56
15,5 43
18,3 36

Конденсатор CDN в реальной схеме не устанавливается.

Функция отключения нагрузки.

Микросхема имеет специальный вывод DIS (11), посредством которого она может управлять внешним P-канальным MOSFET-транзистором. Данный транзистор служит для полного отключения нагрузки от выхода микросхемы. Это исключает любое энергопотребление в то время, когда микросхема выключена.

Если в данной функции нет необходимости, то 11 вывод оставляют неподключенным.

Схема подключения MOSFET-транзистора для реализации функции отключения нагрузки

Ёмкость конденсатора COUT2 должна быть меньше 10 × COUT1 (то есть в 10 раз меньше), чтобы исключить импульс тока в момент открытия ключевого MOSFET-транзистора (P-MOS).

Формулы расчёта номиналов RGATE и CGATE для конкретного экземпляра MOSFET-транзистора приводятся в даташите на микросхему.

Далее показан пример принципиальной схемы преобразователя напряжения на микросхеме HT7178.

Принципиальная схема преобразователя на HT7178
Принципиальная схема преобразователя на HT7178.

Здесь имеются элементы, не показанные на общей типовой схеме включения микросхемы HT7178.

Так, на схеме имеется RC-цепь из резистора R7 и конденсатора C18. Это цепь подавления электромагнитных помех. О ней уже упоминалось ранее.

Также имеется резистор R8 сопротивлением 10 Ом включенный между клеммой подачи питания VIN и 9-ым выводом VIN самой микросхемы. Данный резистор сглаживает всплески напряжения при подаче питания на микросхему.

В показанной схеме реализована функция отключения нагрузки на элементах Q1, R21 и С21. В качестве электронного ключа Q1 используется P-канальный MOSFET-транзистор AON6405. С его стока (Drain) повышенное преобразователем напряжение подаётся на нагрузку.

При выключении микросхемы HT7178 (дежурный режим) MOSFET-транзистор Q1 закрывается по сигналу с 11 вывода DIS и тем самым полностью снимается напряжение с нагрузки.

Резисторы R5 (RUP) и R6 (RDN) задействованы в цепи обратной связи по напряжению. С их помощью производится настройка выходного напряжения по выводу FB. Конденсатор C5 в схему не подключается (NC – Not Connected).

Функции микросхемы.

Включение/выключение микросхемы.

Вывод EN («ENABLE»). Данный вывод служит для включения/выключения микросхемы. При подаче на этот вывод напряжения высокого уровня (от 0,4 до 1,5V) микросхема включается. При подаче напряжения низкого уровня (<0,4V) микросхема выключится.

Функция «Плавный пуск» (Soft Start).

Микросхема HT7178 имеет функцию плавного запуска «Soft Start» – он же мягкий старт. Данная функция служит для предотвращения большого импульса тока в момент включения. Время плавного пуска зависит от ёмкости конденсатора CSS, подключенного к выводу SS.

Чем больше ёмкость подключенного конденсатора CSS, тем дольше длится запуск преобразователя. Соответственно, дольше нарастает выходное напряжение на выходе преобразователя. В большинстве случаев подойдёт конденсатор ёмкостью 47 нФ (нанофарад).

Режим работы при малой нагрузке.

Преобразователь микросхемы HT7178 способен работать в одном из двух режимов модуляции: PWM и PFM.

  • PWM (от англ. Pulse-Width Modulation), – широтно-импульсная модуляция (ШИМ);

  • PFM (от англ. Pulse-Frequency Modulation), – частотно-импульсная модуляция (ЧИМ).

При высоких и средних нагрузках преобразователь работает в режиме широтно-импульсной модуляции (PWM).

При малых нагрузках (малом потребляемом токе) преобразователь способен работать в режиме принудительной ШИМ или же в режиме частотно-импульсной модуляции (PFM). Выбор режима работы при малой нагрузке задаётся при помощи вывода MODE.

Если на 13 вывод MODE подан сигнал высокого уровня, то включается режим принудительного ШИМ с сохранением относительно неизменной частоты переключения.

Если же на вывод MODE не поступает сигнала (он отключен), то микросхема работает в режиме PFM.

Режим PFM хорош тем, что даже если ток нагрузки очень мал и составляет 1 мА, КПД преобразователя может превышать 80%.

Применение PFM (ЧИМ) при малых нагрузках выгоднее тем, что снижаются потери на активных элементах. Встроенный в микросхему MOSFET-транзистор (ключ) реже открывается и закрывается, что способствует снижению потерь на активном сопротивлении его открытого канала.

В режиме ШИМ (PWM) частота переключения преобразователя постоянна и довольно высока. Даже при уменьшении длительности импульса, открывающего встроенный MOSFET-транзистор, потери на активном сопротивлении его канала больше, чем в режиме PFM.

Функции защиты.

Микросхема HT7178 имеет следующие функции защиты:

  • Защита от пониженного входного напряжения;

  • Защита от перенапряжения (повышенного напряжения) на выходе;

  • Температурная защита (защита от перегрева).

Защита от пониженного напряжения.

Защита от пониженного напряжения (Under-voltage lockout, – UVLO) работает следующим образом.

Контроль за уровнем входного напряжения осуществляется по выводу VIN, а также по выводу VCC.

Если входное напряжение (VIN_UVLO) на выводе VIN падает до уровня 2,5V, то преобразователь отключается.

Если входное напряжение повысится на 200 милливольт (VIN_HYS) и достигнет порога в 2,7V, то микросхема вновь перейдёт в рабочий режим.

По выводу VCC порог срабатывания защиты от пониженного напряжения составляет 2,1V (VCC_UVLO).

Защита от повышенного напряжения (перенапряжения) на выходе.

Защита от перенапряжения (Output overvoltage protection) контролирует уровень выходного напряжения.

Если выходное напряжение достигает уровня в 22V (VOVP), то преобразователь перестаёт работать до тех пор, пока выходное напряжение не опустится ниже порогового значения.

Температурная защита.

Температурная защита (Thermal shutdown) контролирует рабочую температуру кристалла микросхемы.

Если кристалл микросхемы нагреется до 150°С (TSD), то сработает температурная защита и микросхема отключается. Сброс защиты происходит, если температура кристалла понизится на 20°С (TSD_HYS). Микросхема вновь заработает в штатном режиме.

Для надёжной работы микросхема HT7178 требует хорошего охлаждения. Теплоотвод в нижней части корпуса микросхемы должен быть хорошо соединен с медным заземлением на поверхности печатной платы.

Отвод тепла должен происходить на большую площадь плоскости заземления через переходные отверстия в плате для увеличения зоны рассеивания тепла. Также возможно применение внешнего охлаждающего радиатора.

Техническое описание (datasheet): HT7178.

  • Файл datasheet на микросхему HT7178 (.pdf).

Внимание! Информация носит справочный характер. В представленном материале и исходных даташитах могут быть ошибки. При работе с данной микросхемой учитывайте риск порчи, вызванный ремонтом или модификацией изделий на её основе.

ГлавнаяМастерская → Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Copyright © Go-Radio.ru