Источник питания на микросхеме TNY376PN для Set Top Box


Чтобы спроектировать SET TOP BOX для массового потребителя нужно сделать надежное и что немаловажно – недорогое устройство. Одним из элементов SET TOP BOX, который вносит существенный вклад в технические характеристики и конкурентоспособность изделия на рынке, является его [[источник питания]].

Широко известно, что современная тенденция развития телерадиовещания – это переход на цифровые передачу и прием информации. Предполагается, что с 2015г. все жители России смогут получить цифровое ТВ — выбирать каналы и программы по своему вкусу.

Существуют несколько стандартов цифрового телевидения:

DVB — европейский стандарт цифрового телевидения.

ATSC — американский стандарт цифрового телевидения.

ISDB — японский стандарт цифрового телевидения.

После проведения тщательного анализа находящихся в эксплуатации и прошедших международную стандартизацию систем цифрового телевидения, 26 мая 2004 года межведомственная рабочая группа приняла решение использовать в России европейский стандарт DVB (Digital Video Broadcasting).

Данный стандарт определяет физический уровень и канальный уровень в системе телевещания. Устройства взаимодействуют с физическим уровнем через синхронный параллельный интерфейс (SPI), синхронный последовательный интерфейс (SSI), или асинхронный последовательный интерфейс (ASI). Все данные передаются в транспортном потоке MPEG-2 с некоторыми дополнительными ограничениями (DVB-MPEG).

Существует 4 среды доставки сигнала:

наземное вещание DVB-T (terrestrial),

вещание для портативных устройств DVB-H (handheld),

спутниковое вещание DVB-S (satellite),

кабельное вещание DVB-C (cable).

Из-за разницы в частотных каналах и способах модуляции декодеры для различных сред оказываются несовместимыми.

Основное преимущество цифрового ТВ, на сегодняшний день, по сравнению со стандартными системами аналогового ТВ не в том, что качество изображения лучше — субъективное восприятие цветного ТВ-сигнала в системе PAL и цифрового ТВ-сигнала со скоростью 5 Мбит/с для зрителя практически одинаково. Главное, что существенно повышается пропускная способность транспортной среды (спутниковые линии, кабельная сеть, эфирная радиолиния и др.), и можно транслировать существенно больше ТВ-каналов в той же выделенной полосе пропускания.  Кроме такого, благодаря применению корректирующих кодов, существенно повышается помехозащищенность системы.

Телевизор, который мы используем сейчас, не в состоянии принять цифровой сигнал. Но это не означает, что его необходимо срочно заменить. Для приема сигналов цифрового ТВ достаточно иметь промежуточное устройство SET-TOP-BOX. Это устройство принимает цифровой сигнал, декодирует его и подает в аналоговом виде на вход обыкновенного ТВ приемника.

Чтобы спроектировать SET TOP BOX для массового потребителя нужно сделать надежное и что немаловажно – недорогое устройство.

Одним из элементов SET TOP BOX, который вносит существенный вклад в технические характеристики и конкурентоспособность изделия на рынке, является его источник питания.

При проектировании источника питания для нового изделия необходимо ориентироваться на следующие технические параметры:

1)       Так как источник питает достаточно дорогой электронный блок, ему необходимо обладать высокой надежностью.  Он должен иметь в своем составе всевозможные защиты (защиту от повышенного и пониженного входного напряжения, тепловую защиту), жесткие параметрические допуски, хорошие параметры взаимной нестабильности каналов, пониженный уровень ЭМИ (так как он работает с аналоговым оборудованием) и пр.

2)       Так как чаще всего при отключении телевизора SET TOP BOX не отключается от сети, то для снижения энергопотребления источник питания должен обязательно поддерживать режим standby.

3)       Следуя современной тенденции миниатюризации, источник питания должен обладать минимальными габаритами и иметь пассивное охлаждение.

4)       И самым немаловажным фактором для того, чтобы выпущенное изделие было конкурентоспособным и хорошо продавалось на рынке – это, конечно же, цена.

Прекрасным решением базы импульсного источника питания является микросхемы Power Integrations. Они удовлетворяют всем вышеперечисленным требованиям, кроме того, микросхемы Power Integrations имеют техническую поддержку в России (что немаловажно при возникновении сложных ситуаций), а также программу обеспечения проекта образцами микросхем.

Кроме этого производителем выпускаются так называемые отладочные наборы, облегчающие разработку блока питания. В отладочный набор входят рабочий макет источника питания, печатная плата, образцы микросхем, полная документация по сборке и программное обеспечение для разработки. То есть вы можете купить такой набор, включить его вместе с Вашим оборудованием, промерить все параметры и если они Вас удовлетворят, производить свой блок питания по аналогии с отладочным.

Источник питания из одного из таких отладочных наборов мы рассмотрим сегодня.

 

Спецификация:

Описание

Обозначение

Мин.

Норма

Макс.

Ед. изм.

Вход

Напряжение

Частота

Потребление на х.х.

 

Vin

fline

 

85

47

 

 

50/60

 

 

VAC

Hz
W

Выход

Напряжение 1

Пульсация 1

Ток 1

Напряжение 2

Пульсация 2

Ток 2

Напряжение 3

Пульсация 3

Ток 3

Напряжение 4

Пульсация 4

Ток 4

Мощность RMS

Мощность Peak

 

Vout1

Vripple1

Iout1

Vout2

Vripple2

Iout2

Vout3

Vripple3

Iout3

Vout4

Vripple4

Iout4

Pout

Pout_peak

 

3.135

 

0.1

4.75

 

0.2

10.8

 

0.1

-10.8

 

0.03

 

 

3.3

 

0.5

5.0

 

0.5

12.0

 

0.25

-12.0

 

0.03

7.51

13

 

3.465

100

0.6

5.35

66

0.6

13.5

240

0.64

-13.8

240

0.03

 

V

mV

A

V

mV

A

V

mV

A

V

mV

A

W

W

КПД

Потребление standby

Потребление х.х.

 

Psb

Pnoload

 

 

 

1

300

 

W

mW

Параметры безопасности, ЭМИ

Meets CISPR22B / EN55022B

Designed to meet IEC950, UL1950

Class III

 

 

Напряжение пробоя

 

2,4

 

 

kV

Рабочая температура окр. среды

Tamb

0

 

50

C

 

Преимущества данного дизайна:

— Прекрасные параметры взаимной нестабильности каналов (не требуется пост регулятор)

— Технология энергосбережения EcoSmart

— Конденсатор на выводе BP/M управляет уровнем ограничения тока через MOSFET транзистор. Удобно для гибкости дизайна.

— Жесткие допуски параметра I2f (-10%, +12%) снижают общую стоимость системы.

— Встроенные в TinySwitch-PK функции:

            — Погрешность +/- 5%, авто восстановление, интеллектуальная тепловая защита.

            — Авторестарт защищает от КЗ на выходе и разрыва цепи обратной связи.

            — Расстояние м-у высоковольтными выводами микросхемы > 3.2 mm, что увеличивает стойкость микросхемы при работе во влажных и запыленных помещениях.

— Соответствует стандартам EN550022 и CISPR-22 Class B с запасом >20bBuV

 

Внешний вид печатного узла

 

Схема источника питания

 

Работа схемы:

Входная ЭМИ фильтрация.

Одним из требований к данному ИП было строгое соблюдения допустимого уровня ЭМИ. Фильтрация по входу осуществляется П-образным фильтром состоящим из элементов C1, L1, C4 вместе с С8. Такая простая схема фильтрации стала возможна благодаря функции frequency jitter микросхемы PI? А также тому, что при намотке трансформатора была использована технология У-Shield. Конденсатор класса X (C3) был установлен на этой схеме, однако он необязателен.

 

Работа микросхемы TinySwitch-PK.

Микросхема TNY376 (U4) имеет следующие встроенные элементы: Силовой MOSFET ключ на 700V, низковольтные CMOS контроллер, высоковольтные источник тока (обеспечивает запуск микросхемы и питание ее во время работы), интеллектуальная тепловая защита и функция авто рестарт. Работа микросхемы осуществляется на частоте 132 kHz (264 kHz в режиме пиковой мощности).

Во время работы выпрямленное и фильтрованное входное напряжение прикладывается к выводу трансформатора Т1. К другому выводу этой обмотки подключен сток микросхемы U4. Как только появляется напряжение, приложенное к выводам сток-исток внутренний источник тока микросхемы, начинает заряжать С19, подключенный к выводу BP/M. Как только напряжение на нем достигнет 5.8 вольта, контроллер начинает переключение MOSFET транзистора. Ток транзистора оценивается по падению напряжения на Rds(on). Как только он достигнет максимального уровня ограничения, транзистор запирается. Контроллер управляет уровнем выходного напряжения путем пропуска или совершения рабочих циклов. Он оценивает необходимость совершения или пропуска каждого цикла по уровню тока на выводе EN/UV. Если  только ток на выводе EN/UV больше 90 uA, транзистор запирается на 1 цикл, как только этот ток станет меньше, следующий рабочий цикл будет совершен. При высокой нагрузке источника питания, пропуска рабочих циклов практически нет. Как только нагрузка снижается, мы можем наблюдать большее их количество. При работе ИП на холостом ходу, подавляющее большинство рабочих циклов пропущено, что делает работу ИП очень эффективной.

Семейство TinySwitch-PK может выдать в нагрузку дополнительную мощность на короткий промежуток времени. Если MOSFET транзистор переключается без пропусков 14 циклов подряд (132 kHz), то параметр Ilimit  увеличивается и транзистор начинает работать на частоте 264 kHz. Далее, если транзистор пропускает 12 рабочих циклов подряд, параметры возвращаются в норму, и он начинает, как раньше работать на частоте в 132 kHz.

 

PCB печатного узла

 

Перечень элементов:

 

Трансформатор

Схема электрическая

 

Спецификация:

 

Электрическая прочность

60 Hz, 1 c. С выв. 1-5 на выв.6-12

3000 VAC

Индуктивность первичной обмотки

С выв. 1 на выв. 4 132kHz остальные обмотки разомкнуты

0.813 mH +/-12%

Резонансная частота

С выв. 1 на выв. 4 остальные обмотки разомкнуты

300 kHz (мин.)

Индукция рассеяния первичной обмотки

С выв. 1 на выв. 4, выв.6-12 замкнуты

30 uH (макс.)

 

Cхема построения.

 

Рабочие характеристики ИП.

 

1) КПД

2) Потребление в режиме “без нагрузки”.

3) Нестабильность выходного напряжения по входной сети

4) Тепловые характеристики

Измерения проводились следующим образом: Выход был нагружен на 7.51W, сам ИП был помещен в корпус, который исключал любое движение воздуха.

Результаты представлены в таблице и на рисунке ниже.

5) Уровень наведенных ЭМИ (max нагрузка, 230VAC, 60Hz, пределы EN55022B)

Как мы видим из спецификации, схемы и рабочих характеристик, это простой и надежный источник питания, который прекрасно подойдет для построения SET TOP BOX для работы в сетях цифрового ТВ.

 

Оставьте отзыв

Ваш емейл адрес не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *