Modulatory PWM Microchip MCP1631 17.11.2021

Firma Microchip opracowała szybkie modulatory PWM, które mogą przekształcić większość mikrokontrolerów ogólnego przeznaczenia w pełnoprawne, przełączające sterowniki konwerterów mocy o elastycznej funkcjonalności. Każdy z mikroukładów linii MCP1631 zawiera podstawowy zestaw węzłów stosowanych w nowoczesnych sterownikach PWM, w tym szybki modulator PWM, sterownik MOSFET, wzmacniacze, komparatory, a także dodatkowe elementy analogowe i cyfrowe, które łączą wszystkie elementy mikroukładu w jeden system. Jednocześnie sterowanie na wysokim poziomie przetwornika, w tym kształtowanie częstotliwości przetwarzania, ustawianie napięcia wyjściowego i prądu wyjściowego, odbywa się programowo za pomocą uniwersalnego mikrokontrolera, generując i przetwarzając zaledwie kilka sygnałów.

Układy MCP1631 i MCP1631HV przeznaczone są do tworzenia regulatorów prądu, natomiast MCP1631V i MCP1631VHV stanowią podstawę do tworzenia regulatorów napięcia. Sekcja mocy mikroukładów MCP1631 i MCP1631HV może działać z pierwotnych zasilaczy o napięciu 3,0 ... 5,5 V. W przypadku zastosowań o wyższym napięciu należy używać mikroukładów MCP1631HV lub MCP1631VHV, których zakres napięcia wejściowego jest rozszerzony do 16 V. Jednocześnie wysokonapięciowe wersje chipów MCP1631 (MCP1631HV i MCP1631VHV) posiadają dodatkowy regulator LDO o napięciu wyjściowym 3,3 lub 5 V i maksymalnym prądzie wyjściowym do 250 mA, co może służyć do zasilania mikrokontrolera i innych węzłów pomocniczych.

Ponieważ wszystkie funkcje wysokiego poziomu są zaimplementowane w oprogramowaniu, przypisanie aplikacji tego samego obwodu można łatwo zmienić, modyfikując kod źródłowy lub zmieniając ustawienia w pamięci nieulotnej (jeśli oprogramowanie obsługuje taką funkcję). Na przykład tę samą ładowarkę można łatwo przekonfigurować do pracy z akumulatorami litowo-jonowymi, niklowo-kadmowymi, niklowo-metalowo-wodorkowymi lub ołowiowo-kwasowymi, a maksymalna ilość i pojemność ogniw zależy tylko od możliwości zasilacza, a progi napięciowe, wartości prądów ładowania oraz makroalgorytmy ładowania generowane są przez oprogramowanie. Dodatkowo wymiana oprogramowania wysokiego poziomu pozwoli, bez jakiejkolwiek modyfikacji części zasilającej, zamienić ładowarkę np. w sterownik LED z konfigurowalnym typem i liczbą lamp.

Aby układy MCP1631 działały prawidłowo, zewnętrzne oprogramowanie musi generować sygnały w celu ustawienia napięcia wyjściowego, prądu wyjściowego oraz częstotliwości i współczynnika wypełnienia sygnału PWM w celu sterowania tranzystorem mocy. W razie potrzeby mikrokontroler może również zapewnić kontrolę temperatury tranzystorów mocy lub ogniw baterii. Reszta funkcji niskiego poziomu, w tym ochrona przeciwprzepięciowa, jest obsługiwana przez węzły chipów MCP1631.

Cechy chipów MCP1631:

możliwość tworzenia uniwersalnych ładowarek z programowalnymi ustawieniami do pracy z różnymi typami i liczbą ogniw baterii;
możliwość tworzenia konwerterów o częstotliwości przełączania do 2 MHz;
umiejętność tworzenia systemów elektroenergetycznych z inteligentnymi funkcjami (Intelligent Power Systems);
możliwość tworzenia zarówno stabilizatorów prądowych (MCP1631, MCP1631HV) jak i napięciowych (MCP1631V, MCP1631VHV)
możliwość współpracy z zasilaczami podstawowymi o napięciu do 16 V (MCP1631HV, MCP1631VHV);
obecność dodatkowego stabilizatora LDO o napięciu wyjściowym +3,3 lub +5,0 V i prądzie wyjściowym do 250 mA (MCP1631HV, MCP1631VHV);
ustawianie częstotliwości przełączania, maksymalnego cyklu pracy, napięcia wyjściowego i prądu wyjściowego za pomocą zewnętrznego mikrokontrolera;
obecność wzmacniacza błędu, a także wzmacniaczy sygnału generowanych przez czujniki napięcia i prądu;
obecność komparatora ochrony przeciwprzepięciowej;
obecność jednostki zabezpieczającej przed obniżeniem napięcia wejściowego;
obecność zewnętrznego sterownika MOSFET o prądzie wyjściowym do 1 A;
niski pobór prądu w trybie wyłączenia (około 2,4 μA);
możliwość realizacji kontroli temperatury (za pomocą mikrokontrolera);
obsługa wielu typów pakietów: 20-stykowe TSSOP, SSOP (wszystkie wersje) i 20-stykowe 4 x 4 mm QFN (tylko MCP1631 i MCP1631V).
Główne zastosowania, w których można zastosować rodzinę chipów MCP1631, to:
uniwersalne ładowarki obsługujące różne typy akumulatorów;
Systemy oświetlenia i oświetlenia LED;
konwertery impulsów ogólnego przeznaczenia oparte na topologii SEPIC;
Ładowanie przez USB.