Przykłady układów scalonych PWM do przetwornic DC-DC z wbudowanym startupem: TI, ADI, ST, Power Integrations

Pytanie

przykłady układów scalonych pwm do przetwornic dcdc
z budowanym startup

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Poniżej znajduje się zestaw przykładowych układów scalonych PWM przeznaczonych do przetwornic DC-DC, które zawierają wbudowany układ startowy (soft-start, HV-startup lub wewnętrzny bias-LDO).
• Zestaw obejmuje zarówno klasyczne kontrolery, jak i najnowsze, wysoko zintegrowane konwertery z wbudowanymi tranzystorami MOSFET / GaN.

Szczegółowa analiza problemu

1. Co w praktyce oznacza „wbudowany startup”

1.1 Soft-Start (SS) – kontrolowane, programowalne narastanie wypełnienia PWM.
1.2 HV-Startup – pobieranie kilku-/kilkunastomikroamperowego prądu z wysokiego napięcia (nawet 400 VDC) do momentu, aż własny bias-LDO zacznie być zasilany z uzwojenia pomocniczego lub napięcia wyjściowego.
1.3 Bias-LDO / VCC regulator – wewnętrzny stabilizator (np. 5 V) zasilający logikę sterownika.
1.4 UVLO z histerezą – uniemożliwia „klikanie” przy zbyt niskim Vin.
1.5 Obsługa pre-bias oraz sygnał PGOOD – poprawne włączenie przy istniejącym już napięciu wyjściowym.

Realisacja tych funkcji eliminuje potrzebę zewnętrznych rezystorów wysokiego napięcia, dodatkowych regulatorów lub osobnych kontrolerów rozruchowych, upraszczając projekt i poprawiając MTBF.

2. Skatalogowane przykłady (w podziale na klasy zastosowań)

(Na szaro zaznaczone przykłady pochodzą z najnowszych źródeł on-line).

3. Teoretyczne podstawy działania startupu HV

Przykładowy algorytm dla kontrolera flyback (np. LT3798):

1. Po podaniu napięcia sieci dioda mostka dostarcza 300-400 VDC.
2. Wbudowany tranzystor typu depletion lub wysokonapięciowy rezystor zasilają układ VCC prądem 200-400 µA.
3. Po osiągnięciu progu UVLO (np. 15 V) wewnętrzne obwody logiki aktywują PWM; rozpoczęcie soft-startu.
4. Gdy z uzwojenia pomocniczego transformatora pojawi się ~15-18 V, dioda samopodtrzymująca rozłącza tor startup, redukując straty do <10 mW.

Podobna idea obowiązuje w buck-ach HV (LM5017) – prąd startowy pobierany jest bezpośrednio z VIN do czasu, aż wewnętrzna LDO uzyska moc z konwertera.

4. Praktyczne zastosowania

• PoL FPGA / MCU 1 V-12 V: Silent Switcher LT86xx, TPS54xxx.
• Automotive 12/24/48 V: TI LM25117, ADI LTC7800 (buck-boost, SS, UVLO zgodne z ISO 7637).
• Ładowarki USB-PD 65-220 W: InnoSwitch4-Pro + układ cyfrowy eg. PI PowiGAN.
• Oświetlenie LED (stały prąd): Infineon TLD5085 (buck-LED, SS 3 ms, PWM-dimming 1 kHz).

Aktualne informacje i trendy

• Rosnąca integracja (GaN + kontroler w jednej obudowie – InnoSwitch4-Pro) redukuje elementy zewnętrzne do kilku pasywów.
• „Zero-IQ” i „eco-mode” – kontrolery zużywające <1 µA w standby (np. ADI LT8316).
• Cyfrowe sterowanie (I²C/PMBus) pozwala programować profil soft-start w locie i logować błędy.
• Topologie quasi-rezonans i ZVS/ZCS eliminują dławik HF przy starcie, poprawiają EMC.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Soft-start wymusza liniowe ładowanie kondensatora CSS:
  \[ V{SS}(t)=I{charge}\, t / C_{SS} \]
  gdzie napięcie na pinie SS jest tłumaczone na maksymalne wypełnienie PWM.
• W układach buck z MOSFET-ami high-side bootstrap startuje dopiero po pierwszym przełączeniu low-side – kontroler inicjuje kilka „ugryzień” low-side, aby naładować kondensator boot.

Aspekty etyczne i prawne

• Efektywność energetyczna: układy z <75 mW no-load spełniają EN 61000-3-2, DoE Level VI, EU ErP Lot 6.
• Bezpieczeństwo sieci 230 VAC: InnoSwitch, VIPer – spełniają IEC 62368-1 (dwuprzerwowy MOSFET, CREEPAGE 6,4 mm).
• Automotive kwalifikuje AEC-Q100, odporność na ESD ISO 10605, transjenty ISO 7637-2.

Praktyczne wskazówki

1. Zawsze sprawdź prąd „start-up Icc” w datasheet – decyduje o doborze rezystora lub transformatora pomocniczego.
2. Dobierz czas soft-startu tak, aby dI/dt < rating kondensatora wyjściowego i ograniczeń prądowych źródła VIN.
3. W offline flyback zostaw miejsce na RC-snubber – pik stosu napięciowego podczas pierwszych impulsów jest największy.
4. Testuj rozruch w –40 °C; prąd startowy wzrasta, a próg UVLO może się przesunąć o >10 %.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Starsze kontrolery (TL494, UC3842) mają wysoki prąd startowy (0,5–1 mA) – dziś stosuje się je głównie tam, gdzie koszt jest krytyczny.
• W GaN-opartych układach EMI podczas rozruchu może wymagać dodatkowych ferrytów lub dV/dt soft-gate.
• Nie wszystkie konwertery z wbudowanymi MOSFET-ami pozwalają na izolację; w aplikacjach medycznych konieczny jest kontroler + zewnętrzny MOSFET.

Sugestie dalszych badań

• Układy multi-phase z cyfrowym pętlami sprzężenia (ADI LTC3887, TI UCD3138).
• Startup w topologiach LLC z rezonansem magnetycznym – minimalizacja szczytów prądowych.
• Analiza wpływu GaN na dynamikę soft-startu i ochronę przed SOA (Safe Operating Area).
• Najnowsze normy efektywności: 80 PLUS Titanium, ETSI EN 303 645 dla IoT (bezpieczeństwo firmware’u).

Krótkie podsumowanie

Przy projektowaniu przetwornicy DC-DC z wbudowanym startupem kluczowe jest dopasowanie:
• zakresu VIN, wymaganego czasu i charakteru soft-startu,
• rodzaju zintegrowanego źródła VCC (LDO/HV-startup),
• funkcji ochronnych (UVLO, OCP, OTP) oraz regulacyjnych (PGOOD, PMBus).

Nowoczesne układy – od budżetowych MP1584 po zaawansowane InnoSwitch4-Pro – integrują większość niezbędnych elementów, skracając czas projektu i podnosząc niezawodność. Dokładna analiza datasheetu i profil testów środowiskowych pozostają jednak nieodzowne dla pewnego, powtarzalnego rozruchu.