Khi quá trình sản xuất và tích hợp mạch điện tử tiến bộ, các bộ phận không chỉ trở nên nhỏ hơn về kích thước mà còn hoạt động mạnh mẽ hơn. Xu hướng này mở rộng sang các chip quản lý năng lượng, hiện tích hợp các thành phần ngoại vi như MOSFET, điốt, tụ điện, điện trở và các mạch bảo vệ khác nhau vào một chip duy nhất. Một ví dụ là MAX17502, một chip điều chỉnh độ xô hiệu quả, có thể điều chỉnh của Analog Devices Inc. (ADI), được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng quản lý năng lượng đa dạng.
Excelpoint với nhiều kiến thức chuyên môn sâu rộng về thị trường lưu trữ năng lượng và các lĩnh vực quản lý năng lượng liên quan, duy trì sự hiểu biết sâu sắc về thị trường và hợp tác chặt chẽ với ADI để cung cấp sự hỗ trợ mạnh mẽ cho các kỹ sư điện tử. Trong bài viết này, một kỹ sư cấp cao của 21IC cung cấp bài đánh giá chi tiết về bảng MAX17502 do Excelpoint cung cấp, nêu bật hiệu suất và tính năng của nó, đồng thời cung cấp tài liệu tham khảo toàn diện cho các kỹ sư cũng như những người đam mê công nghệ.
I. Nguyên lý và kiến trúc DC-DC
Bộ nguồn ở chế độ chuyển mạch (SMPS) là thiết bị chuyển đổi nguồn tần số cao, chủ yếu sử dụng các thành phần chuyển mạch (MOSFET/bóng bán dẫn) để điều chỉnh điện áp đầu vào thông qua chuyển mạch định kỳ. Điều này cho phép chuyển đổi điện áp và điều chỉnh điện áp tự động. Bộ chuyển đổi DC-DC là loại nguồn điện ở chế độ chuyển mạch trong đó cả điện áp đầu vào và đầu ra đều là dòng điện một chiều (DC). Nó là một thiết bị được thiết kế để chuyển đổi năng lượng điện từ cấp điện áp DC này sang cấp điện áp DC khác trong mạch DC.
Ví dụ: bộ chuyển đổi DC-DC có thể chuyển đổi đầu vào DC 5,0V thành đầu ra DC 1,5V hoặc 12,0V. Bộ chuyển đổi DC-DC có nhiều loại khác nhau, bao gồm:
- Bộ chuyển đổi Buck: Giảm điện áp đầu vào
- Boost Converter: Tăng điện áp đầu vào
- Bộ chuyển đổi Buck-Boost: Có thể tăng hoặc giảm điện áp đầu vào
Sơ đồ chuyển đổi Buck
Sơ đồ nguyên lý bộ chuyển đổi Boost
Sơ đồ nguyên lý bộ chuyển đổi Buck-Boost
II. Giới thiệu MAX17502 EVM
MAX17502 là bộ điều chỉnh Buck có MOSFET nguồn tích hợp. Nó cung cấp dải điện áp đầu vào rộng (6,5V đến 60V), hiệu suất chuyển đổi cao (lên đến 96%) và điện áp đầu ra có thể điều chỉnh. Là IC mạch chuyển mạch Buck điển hình, nó phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm tự động hóa công nghiệp, điện tử ô tô và thiết bị liên lạc. Đáng chú ý là khả năng tích hợp cao và thiết kế hiệu quả dẫn đến kích thước rất nhỏ gọn: gói TDFN 10 chân chỉ có kích thước 3 mm × 2 mm và gói TSSOP 14 chân có kích thước 5 mm × 4,4 mm, lý tưởng cho các ứng dụng bị giới hạn về không gian.
Có tương đối ít thành phần trên bề mặt bảng, phù hợp với đặc điểm của mạch ngoại vi DC-DC, chẳng hạn như mạch lọc tụ điện và mạch kích thích cuộn cảm. Nhà sản xuất đã chu đáo cung cấp các điểm kiểm tra để thuận tiện cho người dùng và dành không gian cho các thành phần NC (không có kết nối), để tạo điều kiện cho khách hàng mở rộng và thử nghiệm.
Mặt sau của bo mạch tương đối đơn giản, chỉ có một cuộn cảm chủ yếu được sử dụng để lọc tín hiệu nhiễu và đảm bảo nguồn điện đầu vào ổn định.
Hình ảnh trên hiển thị sơ đồ của bo mạch để người dùng tham khảo trong quá trình thiết kế, cũng như sơ đồ bố trí để hỗ trợ lập kế hoạch bố trí. (Đối với các tài liệu liên quan, vui lòng truy cập trang web ADI để thêm chi tiết.)
III. Kiểm tra chức năng cơ bản
Khi kiểm tra điện áp đầu ra bằng đồng hồ vạn năng Fluke, nó hiển thị 4,99V, gần khớp với đầu ra định mức 5V.
Sử dụng bộ nguồn DC IT6722, MAX17502 duy trì đầu ra 5V ngay cả với đầu vào DC 60V, thể hiện khả năng điện áp đầu vào rộng đặc biệt của nó.
Với đầu vào 6,49V, đầu ra vẫn duy trì mức 5V ổn định (trong điều kiện không tải).
Đầu ra sẽ chỉ tắt khi điện áp đầu vào giảm xuống dưới 6,3V.
IV. Kiểm tra hiệu suất
- Hiệu suất và phạm vi công suất
MAX17502 duy trì hiệu suất cao trên dải điện áp đầu vào rộng. Ở điện áp đầu vào danh định là 24V, hiệu suất đo được vượt quá 90%. Ngoài ra, hiệu suất vẫn cao ngay cả ở điện áp đầu vào thấp hơn (6,5V) và điện áp đầu vào cao hơn (60V).
Hình trên: Bộ nguồn DC IT6722, cùng với tải điện tử IT8514C+, được sử dụng để kiểm tra hiệu suất của MAX17502.
Người đánh giá không có thiết bị có khả năng đo hiệu suất năng lượng tự động nên phương pháp kiểm tra đa điểm đã được chọn để đánh giá hiệu quả.
Các giá trị đo được có sự khác biệt nhỏ so với giá trị trong bảng dữ liệu chính thức, chủ yếu là do sự khác biệt về độ chính xác của thiết bị, vì dòng điện đầu vào chỉ chính xác đến hai chữ số thập phân, điều này ảnh hưởng đến kết quả tính toán. Tuy nhiên, hiệu suất tổng thể phù hợp với bảng dữ liệu: MAX17502 duy trì hiệu suất chuyển đổi trên 80% trên dải điện áp rộng (6,5V đến 60V) và dưới các dòng tải khác nhau. Hiệu suất vượt quá 90% ở dòng điện khoảng 100mA.
- Đặc điểm nhiệt độ
Thử nghiệm vận hành mở rộng cho thấy MAX17502 quản lý hiệu quả nhiệt độ chip trong các điều kiện tải khác nhau. Cơ chế bảo vệ quá nhiệt tích hợp của nó đảm bảo hiệu suất ổn định trong môi trường nhiệt độ cao, mang lại nguồn điện đáng tin cậy cho hệ thống.
Sử dụng máy ảnh nhiệt FLIR TG165 để đo nhiệt độ của MAX17502, người ta nhận thấy sau thời gian dài hoạt động full tải, nhiệt độ bề mặt chip chỉ ở mức 30,6°C. Con chip này vẫn mát khi chạm vào, thể hiện hiệu suất tản nhiệt tuyệt vời.
- Tính ổn định và gợn sóng
MAX17502 hoạt động tốt trong các điều kiện tải khác nhau, mang lại độ ổn định điện áp đầu ra cao và độ gợn sóng thấp. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các ứng dụng yêu cầu chất lượng điện năng cao, chẳng hạn như các thiết bị và cảm biến có độ chính xác cao.
Để đo độ gợn của nguồn điện một cách chính xác, điều cần thiết là giảm thiểu độ dài vòng lặp. Do đó, máy hiện sóng có lò xo nối đất được sử dụng để kiểm tra, giảm độ tự cảm của vòng lặp và đảm bảo đáp ứng tần số tốt hơn đồng thời giảm thiểu nhiễu điện từ.
Kết quả kiểm tra gợn sóng nằm trong phạm vi 15,2mV, chứng tỏ hiệu suất tuyệt vời.
- Kiểm tra đáp ứng điện áp lên/xuống
Từ hai hình ảnh trên có thể thấy, đầu ra 5V đạt trạng thái ổn định ngay khi bật nguồn và tắt ngay lập tức khi mất điện.
- Kiểm tra phản hồi nhất thời khi tải
Một tải điện tử đã được sử dụng để kiểm tra quá trình chuyển đổi từ 0A sang 500mA. Kết quả cho thấy điện áp đầu ra (Vout) giảm nhanh khoảng 100mV trong quá trình chuyển đổi, với thời gian phản hồi khoảng 50µs, cho thấy độ ổn định đầu ra tuyệt vời. Việc kiểm tra quá trình chuyển đổi từ 500mA sang 0A không cho thấy bất kỳ dao động điện áp nào, điều này có thể liên quan đến việc tải là điện cảm hay điện dung.
- Kiểm tra tần số tín hiệu kích thích
Đo điện áp trên cuộn cảm nguồn L3 cho thấy tần số khoảng 600kHz, phù hợp với tần số chuyển mạch cố định 600kHz được chỉ định trong biểu dữ liệu.
V. Chức năng bảo mật
- Chức năng báo động
MAX17502 có chốt khóa kích hoạt/khóa điện áp đầu ra (EN/UVLO), cho phép người dùng bật thiết bị khi điện áp đầu vào đáp ứng mức yêu cầu, từ đó nâng cao độ ổn định của hệ thống.
- Chức năng đồng bộ hóa bên ngoài
MAX17502 hỗ trợ đồng bộ hóa bên ngoài và cung cấp tín hiệu chỉ báo nguồn sẵn sàng thông qua chân RESET thoát nước mở, tạo điều kiện cho hoạt động phối hợp trong các hệ thống nhiều chip.
- Chức năng bảo vệ quá dòng
Thiết bị này có cơ chế bảo vệ quá dòng đáng tin cậy giúp bảo vệ hiệu quả linh kiện trong điều kiện quá tải và ngắn mạch đầu ra. Khi dòng điện của công tắc phía cao vượt quá 1,6A (điển hình), chức năng giới hạn dòng điện cực đại sẽ ngắt kết nối MOSFET phía cao theo từng chu kỳ.
Bản tóm tắt
Sau khi thử nghiệm thực tế, MAX17502 của ADI chứng tỏ là chip quản lý DC-DC hiệu suất cao, phù hợp với nhiều ứng dụng đòi hỏi nguồn điện áp đa dạng, bao gồm các ngành trong tự động hóa công nghiệp, trong ngành điện tử ô tô và trong thiết bị liên lạc.
Để biết thêm chi tiết vui lòng truy cập: http://www.excelpoint.com/