Микросхемы супервизора напряжения становятся все более популярными при производстве системных блоков питания. Наличие микросхемы супервизора выходных напряжений становится поистине признаком современной и хорошо продуманной схемотехники блока питания. На сегодняшний день на рынке представлен целый ряд микросхем супервизоров, отличающихся внутренней архитектурой и характеристиками.
SG6521 относится к классу супервизоров напряжений, и позволяет разработчикам системных блоков питания минимизировать количество элементов в цепях контроля выходных напряжений, что, в итоге, положительно сказывается на надежности и стоимости блока питания.
Контроллер SG6521 оптимизирован для применения в блоках питания класса ATX, хотя может использоваться и в любых импульсных источниках питания и системах электропитания сервосистем. SG6521 представляет собой микросхему, выполняющую следующие функции:
- супервизор напряжений;
- супервизор токов;
- удаленное управление блоком питания (его включение/выключение) посредством сигнала PSON;
- формирование сигнала Power Good (питание в норме);
- защита от различных аварийных режимов блока питания.
Основными особенностями микросхемы SG6521 являются:
- наличие отдельных входов для контроля двух выходных напряжений номинала 12В (т.е. для 12V1 и для 12V2);
- обеспечение защиты от превышения напряжений (OVP) в каналах +3.3В, +5В и в обоих каналах +12В;
- обеспечение защиты от снижения напряжений (UVP) в каналах +3.3В, +5В и в обоих каналах +12В;
- обеспечение защиты от превышения тока (OCP) в каналах +3.3В, +5В и в обоих каналах +12В;
- наличие выходов с открытым стоком для формирования сигналов Power Good и FPO;
- обеспечение задержки в 300мс при формировании сигнала Power Good;
- обеспечение временной задержки 2.8 мс при формировании сигнала FPO после активизации сигнала PSON;
- обеспечение временной задержки в 48 мс для сигнала PSON;
- широкий диапазон питающих напряжений (от 4В до 15В);
- отсутствие блокировки при быстром включении/выключении переменного тока;
- наличие встроенной термической защиты;
- наличие добавочного входа защиты PEXT.
Микросхема выпускается в 16-контактоном корпусе типа DIP (SG6521DZ) или SOP (SG6521SZ). Распределение сигналов по контактам микросхемы представлено на рис.1, назначение контактов микросхемы описано в табл.1.
Рис.1 Цоколевка супервизора напряжений SG6521
Таблица 1. Назначение контактов SG6521
|
№ |
Наименов. |
Тип |
Описание |
|
1 |
PGI |
Аналоговый вход |
Вход, управляющий состоянием сигнала Power Good. В блоках питания ATX с помощью этого сигнала определяется наличие переменного тока в обмотках силового трансформатора. Этот сигнал используется для упреждающего сброса сигнала Power Good при пропадании сетевого напряжения. Если входное напряжение сигнала PGI становится менее 1.25 В, сигнал Power Good переводится в низкий уровень. |
|
2 |
GND |
--- |
Земля |
|
3 |
FPO |
Логический выход |
Выходной сигнал защиты от аварийных режимов работы. Этот сигнал управляет ШИМ-контроллером, разрешая или запрещая его работу. Если ШИМ-контроллер находится в первичной части блока питании, то он управляется сигналом FPO через оптопару. Низкий уровень сигнала FPO разрешает работу ШИМ-контроллера, а высокий уровень сигнала - запрещает. |
|
4 |
PSON |
Логический вход |
Сигнал удаленного управления, формируемый системной платой персонального компьютера. Установка этого сигнала в низкий уровень приводит к запуску блока питания, а установка в высокий уровень – к выключению блока питания. Блок питания включается и выключается с временной задержкой в 48 мс после изменения состояния сигнала PSON. |
|
5 |
IS12 |
Аналоговый вход |
Вход токовой защиты канала +12В. На этот контакт, чаще всего, подается напряжение, снимаемое с «положительного» контакта резистора, являющегося токовым датчиком канала +12V1. Напряжение этого контакта сравнивается внутренним компаратором микросхемы с напряжением контакта VS12. Если напряжение контакта IS12 превышает напряжение на контакте VS12 более, чем на 5мВ, то токовая защита активизируется, что должно приводить к установке сигнала FPO в высокий уровень. |
|
6 |
RI |
Аналоговый вход |
Контакт установки величины внутреннего опорного тока микросхемы. Внешний резис-тор (RI), подключенный между данным контактом и землей, определяет значение опор-ного тока. Величина опорного тока IREF определяется, как отношение 1.25/RI. Опор-ный ток используется для программирования порога срабатывания токовой защиты. |
|
7 |
IS12V2 |
Аналоговый вход |
Вход токовой защиты канала +12V2 (это второй канал напряжения +12В, используемый для питания ядра микропроцессора). На этот контакт, чаще всего, подается напряжение, снимаемое с «положительного» контакта резистора, являющегося токовым датчиком канала +12V2. Напряжение этого контакта сравнивается внутренним компаратором микросхемы с напряжением контакта VS12V2. Если напряжение контакта IS12V2 превышает напряжение на контакте VS12V2 более, чем на 3мВ, то токовая защита активизируется, что должно приводить к установке сигнала FPO в высокий уровень. |
|
8 |
VS12V2 |
Аналоговый вход |
Вход защиты канала +12V2 от превышения и от понижения напряжения. На этот контакт подается выходное напряжение блока питания, т.е. напряжение с «отрицательного» вывода резистора, являющегося токовым датчиком канала. |
|
9 |
PEXT |
Аналоговый вход |
Вход дополнительной защиты через который можно организовать защиту блока питания от самых разных воздействий, например, защиту от превышения температуры (термическую защиту). В этом наиболее распространенном варианте на данный контакт подается сигнал с датчика температуры, которым является терморезистор, размещаемый, чаще всего, на радиаторе вторичных выпрямителей. |
|
10 |
IS5 |
Аналоговый вход |
Вход токовой защиты канала +5В. На этот контакт, чаще всего, подается напряжение, снимаемое с «положительного» контакта резистора, являющегося токовым датчиком канала +5V. Напряжение контакта IS5 сравнивается внутренним компаратором микросхемы с напряжением контакта VS5 и, если оно становится выше на 3мВ, то срабатывает токовая защита. |
|
11 |
IS33 |
Аналоговый вход |
Вход токовой защиты канала +3.3В. На этот контакт чаще всего подается напряжение, снимаемое с «положительного» контакта резистора, являющегося токовым датчиком канала +3.3V. Напряжение контакта IS33 сравнивается внутренним компаратором микросхемы с напряжением контакта VS33 и, если оно становится выше на 3мВ, то срабатывает токовая защита. |
|
12 |
VS12 |
Аналоговый вход |
Вход защиты канала +12V1 от превышения и от понижения напряжения. На этот контакт подается выходное напряжение блока питания, т.е. напряжение с «отри-цательного» вывода резистора, являющегося токовым датчиком канала. |
|
13 |
VS33 |
Аналоговый вход |
Вход защиты канала +3.3V от превышения и от понижения напряжения. На этот контакт подается выходное напряжение блока питания, т.е. напряжение с «отри-цательного» вывода резистора, являющегося токовым датчиком канала. |
|
14 |
VS5 |
Аналоговый вход |
Вход защиты канала +5V от превышения и от понижения напряжения. На этот контакт подается выходное напряжение блока питания, т.е. напряжение с «отрицательного» вывода резистора, являющегося токовым датчиком канала. |
|
15 |
VDD |
Питание |
Напряжение питания микросхемы. Допустимый диапазон напряжений на контакте 4.2…15В. В блоках питания ATX на этот контакт подается напряжение +5VSB, снимаемое с дежурного источника питания. После запуска блока питания, микросхема обычно питается напряжением +12В, подаваемым на этот контакт через развязывающий диод. |
|
16 |
PGO |
Логический выход |
Выходной сигнал Power Good. Высокий уровень сигнала означает, что все выходные напряжения блока питания находятся в допустимом диапазоне значений. Сигнал Power Good формируется микросхемой с временной задержкой в 300 мс, после установки всех напряжений в допустимые значения. |
Типовой вариант включения микросхемы представлен на рис.2, а на рис.3 изображается ее функциональная схема.
Рис.2 Типовое включение супревизора напряжений системного блока питания - микросхемы SG6521
Рис.3 Внутренняя архитектура супревизора напряжений SG6521
Функционирование микросхемы
Питание микросхемы осуществляется дежурным источником, формирующим напряжением +5VSB. Поэтому, как только на блок питания начинает подаваться сетевое напряжение, микросхема SG6521 запускается и начинает контролировать состояние сигнала PSON, удерживая при этом сигнал FPO в высоком уровне. Высокий уровень сигнала FPO запрещает работу микросхемы ШИМ-контроллера.
Как только сигнал PSON устанавливается в логический «0», SG6521 переводит свой выходной сигнал FPO в низкий уровень, в результате чего разрешается работа ШИМ-контроллера, и блок питания запускается. Блок питания запускается спустя 48 мс после установки сигнала PSON в низкий уровень. Как только все выходные напряжения блока питания достигнут заданного диапазона значений, микросхемой устанавливается сигнал PGO в высокий уровень, разрешая запуск центрального процессора персонального компьютера.
После запуска основного преобразователя блока питания, микросхемой SG6521 отслеживается величина выходного напряжения и тока каждого из положительных каналов. И как только напряжение или ток выходят за пределы допустимых значений, сигнал FPO устанавливается в высокий уровень, запрещая работу блока питания. Блокировка при снижении напряжений (UVP) срабатывает в том случае, если:
- в канале +3.3V напряжение становится ниже 2.3В;
- в канале +5V напряжение становится ниже 3.5В;
- в канале +12V напряжение становится ниже 9В.
Местоположение микросхемы SG6521 в составе блока питания демонстрирует рис.4.
Рис.4 Блок-схема системного источника питания с микросхемой SG6521
Кроме выходных напряжений микросхемой SG6521 анализируется еще и наличие переменного напряжения на выходе силового трансформатора. Для такого анализа используется сигнал PGI. Этот сигнал получают путем выпрямления импульсов одной из вторичных обмоток силового трансформатора. Однако в этой выпрямительной цепи используется сглаживающий конденсатор малой емкости (рис.5). Именно поэтому, прекращение генерации основного преобразователя блока питания приводит к очень быстрому падению напряжения сигнала PGI. В результате, уровень сигнала PGI становится ниже 1.25В в то время, как в остальных каналах напряжение продолжает еще удерживаться в допустимом диапазоне значений за счет больших емкостей сглаживающих конденсаторов. Таким образом, с помощью сигнала PGI микросхеме SG6521 удается заранее «узнать» о том, что блок питания выключается. Так как резкое пропадание напряжение очень плохо влияет на работу микропроцессора, сигнал Power Good должен запрещать его работу до того, как пропадет питающее напряжение. Именно с помощью сигнала PGI можно упредить неожиданное отключение процессора, деактивируя сигнал Power Good раньше, чем пропадет питающее напряжение.
Рис.5 Построение схемы предупреждения о пропадании питания
Здесь также хочется напомнить (хотя об этом уже очень много говорилось в наших обзорах, посвященных стандартам блоков питания), что в соответствии с действующими нормативами, на выходе блока питания должно формироваться два напряжения номиналом +12В – это +12V1 и +12V2. Напряжение +12V2 должно использоваться для питания ядра процессора, а напряжение +12V1 используется для питания всех остальных потребителей этого напряжения. В соответствии с современными стандартами, каждый из этих каналов должен быть оснащен отдельным, независимым, датчиком тока. Именно это и позволяет реализовать микросхема SG6521 в блоках питания.
Выходными сигналами микросхемы являются сигналы PGO и FPO. Зависимость уровней PGO и FPO от состояния входных сигналов микросхемы, представлены в табл.2.
Таблица 2. Состояние выходных сигналов PGO и FPO в зависимости от различных режимов работы
|
PGI |
PSON |
UVP12V и OCP |
OVP |
FPO |
PGO |
|
PGI<1.25V |
«0» |
нет |
нет |
«0» |
«0» |
|
PGI<1.25V |
«0» |
нет |
да |
«1» |
«0» |
|
PGI<1.25V |
«0» |
да |
нет |
«0» |
«0» |
|
PGI<1.25V |
«0» |
да |
да |
«1» |
«0» |
|
PGI>1.25V |
«0» |
нет |
нет |
«0» |
«1» |
|
PGI>1.25V |
«0» |
нет |
да |
«1» |
«0» |
|
PGI>1.25V |
«0» |
да |
нет |
«1» |
«0» |
|
PGI>1.25V |
«0» |
да |
да |
«1» |
«0» |
|
Примечание «0» - означает, что сигнал установлен в низкий уровень, а «1» - означает, что сигнал установлен в высокий уровень UVP12V – защита от снижения напряжения в канале 12В; «да» - означает, что защита сработала OCP – защита от превышения тока в любом из каналов; «да» - означает, что защита сработала OVP – защита от превышения напряжения в любом из каналов; «да» - означает, что защита сработала |
|||||
У микросхемы SG6521 имеется контакт дополнительной защиты. Этот входной контакт обозначается PEXT. Наличие контакта PEXT обеспечивает гибкость при разработке нестандартных защит. Так, например, с помощью этого входа можно организовать защиту от перегрева, для чего к входу PEXT необходимо будет подключить датчик температуры в виде терморезистора с отрицательным ТКС (NTC), как это показано на рис.2.
SG6521 позволяет организовать токовую защиту по каждому выходному каналу, причем все эти защиты функционируют независимо друг от друга, т.е. к аварийному отключению блока питания может привести чрезмерно увеличение тока даже в каком-то одном из каналов, в то время как ток в остальных каналах будет находиться в допустимом диапазоне значений. Для организации токовой защиты в каждом питающем канале напряжения устанавливается токовый датчик, функцию которого выполняют низкоомные резисторы. Падение напряжения на этих резисторах оценивается внутренними прецизионными компараторами, смещающее напряжение которых равно 3 мВ. Входной ток контактов IS33, IS5 и IS12 равен восьмикратному значению опорного тока (IREF), величина которого задается контактом RI (см. табл.1). Эквивалентная схема токовой защиты (OCP) представлена на рис.6.
Рис.6 Эквивалентная схема токовой защиты
Здесь в качестве примера представлена схема OCP канала +12V, и именно для нее рассчитаем параметры используемых элементов. Так как сравнивающим элементом схемы является компаратор, то защита OCP становится активной при условии соблюдения следующего неравенства (1):
I1xR1 > IRIxR2 (1)
Если резистор R1=5 мОм, а резистор RI=30 кОм (напомним, что резистор RI подключен к конт.6 микросхемы SG6521), то защита OCP активизируется при величине тока 35А. При этом номинал резистора R2 рассчитывается по формуле (2):
R2 = I1xR1 / IRIx8 = 525 Ом (2)
Конденсатор С предназначен для шунтирования помех, его емкость должна находиться в диапазоне 1...2.2 мкФ.
Временные диаграммы, поясняющие процессы включения и выключения блока питания и активизируемые с помощью микросхемы SG6521, представлены на рис.7.
Рис.7 Временные диаграммы включения и выключения SG6521
А на рис.8 приведены временные диаграммы срабатывания различных защит, осуществляемых микросхемой SG6521.
Рис.8 Функционирование защит в SG6521
Пороговые уровни активизации защит представлены в табл.3.
Таблица 3. Уровни активации защит в SG6521
|
Параметр |
Значение, [В] |
||
|
мин |
тип |
макс |
|
|
Защита от превышения напряжения для канала +3.3V (OVP33) |
3.7 |
3.9 |
4.1 |
|
Защита от превышения напряжения для канала +5V (OVP5) |
5.7 |
6.1 |
6.5 |
|
Защита от превышения напряжения для каналов +12V1 и +12V2 (OVP12) |
13.2 |
13.8 |
14.4 |
|
Защита от снижения напряжения для канала +3.3V (UVP33) |
2.1 |
2.3 |
2.5 |
|
Защита от снижения напряжения для канала +5V (UVP5) |
3.3 |
3.5 |
3.7 |
|
Защита от снижения напряжения для каналов +12V1 и +12V2 (UVP12) |
8.5 |
9.0 |
9.5 |
Следует обратить внимание на важность входного сигнала PGI, который используется для управления состоянием обоих выходных сигналов (FPO и PGO) а также разрешает прохождение сигналов от схем OCP, OVP и UVP. Если уровень входного сигнала PGI становится ниже 1.25В, то это приводит к выключению блока питания (посредством установки FPO в высокий уровень) и сбросу в низкий уровень сигнала PGO. Однако. при включении и запуске микросхемы супервизора, порог активизации находится на уровне 0.6В. Это означает, что как только напряжение PGI достигнет величины 0.6В, работа схем OVP, UVP и OCP разрешена, т.е. запуск защит происходит несколько раньше, что позволяет значительно раньше отслеживать аварийные режимы работы блока питания – в самом начале его работы. Другими словами, включение защит происходит при превышении сигналом PGI уровня 0.6В, а выключение - при снижении уровня PGI до 1.25В. Все это демонстрируется на рис.9.
Рис.9 Управление сигналом PGI в SG6521
