O desenvolvimento de fontes chaveadas teve inicio muitas décadas atrás, neste período a oferta de componentes era restrita somado ao custo elevado dos componentes impossibilitou a migração desta tecnologia para aplicações que demandavam baixo custo. Nos últimos anos a demanda por soluções mais eficientes somado a tendência de redução de custos dos componentes da solução chaveada fez com que estas fossem largamente introduzidas em diversas aplicações e em mercados bastante distintos.
Para atender a demanda de produtos que necessitam de fontes chaveadas robustas e competitivas a STMicroelectronics desenvolveu uma família de produtos chamadas ViperPlus, esta propicia a desenvolvedores o projeto de fontes chaveadas de até 15W de potência de saída, de forma rápida, confiável e robusta. Vamos neste artigo detalhar como estes produtos operam, suas principais caracteristicas e ferramentas de apoio aos projetos.
Família ViperPlus
A proposta da família ViperPlus é a integração do controlador, chave (no caso transistor) e circuitos de proteções em um único encapsulamento.
Abaixo algumas caracteristicas do controlador empregado :
- Modulação por largura de pulso (PWM);
- Frequência fixa de chaveamento ou operação Quasi-resonante (família Viperx5);
- Controle modo corrente (pulso-pulso);
- Jittering (nos controladores com frequência fixa), possibilitando redução do filtro de entrada;
- Proteção térmica;
- Auto-restart depois de falha;
- Inicialização suave (soft startup).
No caso da chave, a ST optou por mosfets, que vão de 730V à 1050V de tensão de ruptura (breakdown). Vale ressaltar que independente da tensão de ruptura, o mosfet impregado suporta avalanche, isto é, no caso de um evento de um surto proveniente da entrada o mosfet interno é capaz de suportar desde que não exceda a energia declarada na folha de dados – EAS. Esta caracteristica de suporte ao surto, avalanche, muitas vezes não tem a atenção devida, mas é crucial para um projeto robusto.
Temos diversos problemas quanto à qualidade de energia aqui no Brasil, logo a caracteristica de avalanche presente na família ViperPlus é fundamental para projetos de fontes robustas.
Portfólio
Na família ViperPlus, temos disponíveis diversos encapsulamentos com diferentes resistências de canal Rds.on para mosfet com diferentes controladores, possibilitando atingir diversas faixas de potências como segue:
Topologias
A ViperPlus suporta as topologias amplamente utilizadas em diversos mercados: flyback, buck e buckboost. Veja abaixo alguns exemplos:
Tomando como exemplo a topologia flyback, considerando pinos 2 e 4 do transformador na mesma polaridade, detalharemos a seguir as condições de operação:
Estágio 1 – Mosfet interno ligado (ON) Nesta etapa, quando o mosfet interno Q1 é acionado pelo controlador, a corrente Iq1 começa a circular pelo enrolamento primário do transformador conforme abaixo :
Estágio 2 – Mosfet interno desligado (OFF) e diodo secundário D1 polarizado diretamente (ON): Nesta etapa, a corrente Iq1 é interrompida mas devido ao acoplamento magnético, a corrente Id1 começa a circular no enrolamento secundário, carregando assim o capacitor de saída C2.
Estágio 3 – Mosfet interno desligado (OFF) e diodo secundario D1 reversamente polarizado:
Nesta etapa, toda a energia armazenada no transformador T1 foi transferida ao capacitor de saída C2 (e eventualmente à carga), neste período toda a corrente demanda pela saída é fornecida pelo capacitor de saída C2.
Todo o controle e modulação do mosfet interno é feito pelo controlador PWM modo corrente interno conforme diagrama em blocos abaixo:
Projetando com ViperPlus
Levando em consideração que o projeto de fontes engloba a necessidade de conhecimento diversas disciplinas, de forma a facilitar o projeto disponibilizamos uma ferramenta online chamada eDesignSuite, esta possibilita o projeto de fonte chaveada levando em consideração os parâmetros básico do projeto, não necessitando famíliaridade com conversores chaveados para sua utilização. Este simulador fornece esquema elétrico, lista de materiais (BOM) e projeto de transformador. Desta forma tentamos reduzir o tempo de projeto de forma significativa.
Esta ferramenta está disponível em : https://my.st.com/analogsimulator/ Para o uso da ferramenta é necessário um breve cadastro no site, o que permite acesso a conteúdo exclusivo além de possiblitar o uso do suporte técnico online (OLS), onde o projetista pode inserir sua dúvida para que especialistas da ST possam auxiliá-lo no projeto.
Veja abaixo a ferramenta :
Informações importantes como perdas em cada componente de potência são fornecidas de forma a facilitar o dimensionamento bem como adequação do layout.
Conclusão
Neste artigo exploramos todas as potencialidades da utlização dos circuito integrados para fontes chaveadas da família ViperPlus, sua aplicação vai de fontes isoladas ou não-isoladas até 15W. Sua caracteristica de suportar avalanche possibilita projetos robustos levando em consideração a qualidade de energia no Brasil.
Bibliografia
1. AN1262 disponível no site da ST no endereço : https://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/application_note/09/94/ed/b6/59/57/43/9b/CD00004190.pdf/files/CD00004190.pdf/jcr:content/translations/en.CD00004190.pdf
2. Webinar “Desmistificando projeto de fontes chaveadas” disponível no youtube no endereço : https://www.youtube.com/watch?v=5o41v19azko&feature=emb_title
3. AN513 disponível no site da ST no endereço https://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/application_note/2a/8c/7f/9e/70/6b/43/62/CD00003910.pdf/files/CD00003910.pdf/jcr:content/translations/en.CD00003910.pdf
4. Informações sobre produtos disponíveis em : www.st.com/viperplus
