Миниатюрные DC-DC преобразователи c&d Technologies мощностью 0,25 - 1 Вт Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Компоненты и технологии, № 2'2004 Компоненты

Миниатюрные DC/DC-преобразователи C&D Technologies мощностью 0,25-1 Вт

Настоящая публикация открывает серию статей, посвященных продукции компании C&D Technologies (США), предназначенной для использования в жестких условиях эксплуатации. Дана оценка функционального многообразия DC/DC-преобразователей мощностью до 1 Вт, рассматриваются особенности применения и дополнительные схемы защиты от внешних воздействий

Сергей Дмитриев

sergey@eltech.spb.ru

В декабре 2000 года компания C&D Technologies (США) приобрела подразделение Newport Components Division компании Newport Technology Group Limited (Великобритания), которое было разработчиком и первым в мире производителем маломощных DC/DC-преобразователей с гальванической развязкой в виде законченных компактных модулей для установки на печатную плату.

Первым коммерчески успешным продуктом Newport Components Division стал DC/DC-преобразователь из 5 в 5 В с гальванической развязкой и выходной мощностью 0,75 Вт.

Эта разработка была настолько успешной, что существует в различных модификациях до сегодняшнего дня, теперь уже под брэндом C&D Technologies. За прошедшее время компания разработала и запустила в серийное производство ряд модульных DC/DC-преобразователей с выходной мощностью от 0,25 до 150 Вт.

Именно после того, как Newport Components Division с целью снижения издержек разместила свое производство на Тайване, там появилось множество мелких компаний, копировавших с разной степенью ответственности продукцию Newport Components Division.

Копировались и упрощались схемотехнические решения, элементная база заменялась на более дешевую и, в результате, рынок Юго-Восточной Азии оказался наводнен более или менее дешевыми «клонами» C&D Technologies.

В настоящее время, вследствие обострения конкурентной борьбы, европейский рынок тоже заполнен продукцией так называемых «европейских производителей», которые на самом деле осуществляют контрактное производство, используя ODM-производителей (Original Design Manufacturer), размещая заказы на производство преобразователей под своей «европейской» торговой маркой на не принадлежащих им тайваньских или китайских производственных площадках с соответству-

ющим уровнем качества производства «клонов» C&D Technologies.

С самого начала и до сегодняшнего дня продукция C&D Technologies является образцом достижений технического прогресса и качества продукции. Все производственные площади компании, размещенные в разных точках земного шара, сертифицированы по стандарту качества ISO 9001:2000.

Вся продукция компании сертифицирована по международным стандартам электробезопасности и электромагнитной совместимости. В процессе производства и после него проводятся испытания на устойчивость к воздействию механических и климатических факторов окружающей среды по международным и собственным стандартам.

DC/DC-преобразователи C&D Technologies имеют следующие характеристики:

• выходная мощность: 0,25-150 Вт;

• электрическая прочность изоляции: 500-8000 В DC;

• входные диапазоны напряжений ±10%, 2:1, 4:1 с номиналами 3,3, 5, 12, 24, 48 В;

• ряд выходных напряжений 0,8-24 В;

• рабочий диапазон температур -40...+85 °С (полная мощность).

В настоящей статье будут рассмотрены DC/DC-преобразователи C&D Technologies с выходной мощностью 0,25-1 Вт и особенности их применения.

Миниатюрные DC/DC-преобразователи с выходной мощностью 0,25 Вт

Преобразователи серии LME с выходной мощностью 0,25 Вт оптимизированы для работы в маломощных приложениях. Благодаря малому собственному току потребления (около 2,5 мА) они способны обеспечить КПД до 75%. Эти преобразователи прекрасно подходят для создания отрицательного напряжения там, где есть только положительное.

Преобразователи серии LME выпускаются в корпусах SIP4 и DIP8. Электрические параметры и внешний вид преобразователей приведен в таблице 1.

Компоненты и технологии, № 2'2004

Таблица 1. Электрические параметры преобразователей серии 1.МЕ с выходной мощностью 0,25 Вт

UBbK# UbIX' Наименование

В DC мА Корпус SIP4 Корпус DIP8

5 50 LMEx05S LMEx05D

X=05 для Ubx=4,5-5,5 В DC 9 28 LMEx09S LMEx09D

X=12 для Ubx=10,8-13,2 В DC 12 21 LMEx12S LMEx12D

15 16 LMEx15S LMEx15D

Технические характеристики преобразователей серии ЬМЕ

• Точность установки выходного напряжения: ±5%.

• Изменение выходного напряжения (при изменении ивх на ±1%): <±1,2%.

• Изменение выходного напряжения (при изменении нагрузки 10-100%): +5...-2,5%.

• Уровень шумов на выходе (в полосе 20 МГц): <75 мВ (размах).

• Электрическая прочность изоляции вход-выход: 1000 В БС.

• Защита от короткого замыкания: кратковременная.

• МТТБ: до 2 767 000 час (при Т = +25 °С по М1Ь-НБВК-217Е).

• Рабочий температурный диапазон: -40. +70 °С (хранение: -55. +150 °С).

• Пластмассовый корпус.

Фиксированная частота преобразования

составляет 100 кГц (тип.), что позволяет, при необходимости, существенно облегчить фильтрацию шумов на выходе с помощью простых ЬС-фильтров.

Низкая проходная емкость (25-45 пФ) позволяет снизить прохождение импульсных помех с входа преобразователя на его выход.

Преобразователи полностью совместимы по расположению выводов с 1-ваттными преобразователями серии ТМЕ фирмы Tracopower, серии RM фирмы Recom, позволяя без изменения разводки печатной платы повысить КПД электропитания при малых нагрузках.

ОС/йС-преобразователи мощностью 0,75-1 Вт и очень низким током утечки серии ИРР

Преобразователи серий HPR1XX, HPR4XX и HPR10XX используют новейшие схемотехнические решения и технологии герметизации корпуса, чтобы обеспечить высокое качество и надежность.

Во входном каскаде использован двухтактный автогенератор с фиксированной частотой преобразования 170 кГц, что снижает проблемы биений при использовании этих преобразователей, например, для питания высокочастотных изолирующих усилителей.

Снижение числа внутренних компонентов и высокий КПД гарантируют высокую надежность преобразователей серий HPR (до 7,9 млн часов при Т = +25 °С по М1Ь-НБВК-217Е). Высокий КПД (до 79%) означает, что внутренняя мощность рассеивания составляет не более 190 мВт (для моделей с 5-вольтовым входом — не более 100 мВт)!

Преобразователи этих серий могут работать и при отсутствии нагрузки, хотя минимальная нагрузка в 1 мА будет необходима

для того, чтобы выходные параметры находились в пределах, указанных в документации.

Преобразователи серий HPR1XX и HPR4XX обеспечивают выходную мощность 0,75 Вт и отличаются величиной электрической прочности изоляции.

Преобразователи серии HPR1XX имеют электрическую прочность изоляции с рабочим значением 750 В БС (тестовое напряжение в течение 10 с — 750 В АС, 60 Гц, амплитуда 1060 В).

Преобразователи серии HPR4XX имеют электрическую прочность изоляции с рабочим значением 1000 В БС (тестовое напряжение в течение 60 с — 2120 В АС, 60Г ц, амплитуда 3000 В).

Преобразователи серии HPR1XX выпускаются в трех типах корпусов: 8№7, 0^14 (опция V), 801С14 (опция ”^.

Преобразователи серии HPR4XX и HPR10XX выпускаются только в корпусе 8№7. Электрические параметры преобразователей приведены в таблице 2.

Преобразователи серии HPR10XX обеспечивают выходную мощность 1 Вт и имеют электрическую прочность изоляции с рабочим значением 1000 В БС (тестовое напряжение в течение 10с — 750 В АС, 60 Гц, амплитуда 1060 В).

Электрические параметры преобразователей HPR10XX приведены в таблице 3.

Преобразователи серии HPR имеют следующие преимущества:

• Низкий отраженный ток помех (5-15 мА тип.), создаваемый собственным автогенератором в первичной сети. Так как эта величина контролируется производителем, то можно легко оценить и установить допустимый уровень помех в первичной сети, который будет зависеть от выходного сопротивления источника первичной сети.

• Очень низкий ток утечки: менее 8,5 мкА эфф. (иисп = 240 В AC, 60 Гц), что позволяет использовать эти преобразователи для питания медицинских и измерительных устройств. Большинство производителей просто не контролируют этот параметр, а остальные обеспечивают ток утечки до 1 мА!

• Низкая проходная емкость (25 пФ тип.) позволяет снизить прохождение импульсных помех с входа преобразователя на его выход.

• Очень высокая температурная стабильность выходного напряжения: 0,01%/°C (тип.), что позволяет использовать эти преобразователи в широком диапазоне рабочих температур.

• Низкий уровень шумов на выходе (в полосе 10 МГц): 45 мВ (тип., размах).

• Рабочий температурный диапазон: -40... +85 °С (хранение: -40...+110 °С).

Так как преобразователи серии HPR имеют только кратковременную (не более 1 с) защиту от короткого замыкания (КЗ), для защиты выхода от продолжительных КЗ компания C&D Technologies предлагает схему, изображенную на рис. 1.

Таблица 2. Электрические параметры преобразователей серии НР1? с выходной мощностью 0,75 Вт

Наименование ^BbC^ Iвых,

В 1Л irf 1Л II вх Э U„X=10,8...13,2 В UBX=13,5^16,5 В U„X=21,6...26,4 В В мА

HPRx00 HPRx06 HPRx12 HPRx18 5 150

HPRx01 HPRx07 HPRx13 HPRx19 12 62

HPRx02 HPRx08 HPRx14 HPRx20 15 50

HPRx03 HPRx09 HPRx15 HPRx21 ±5 ±75

HPRx04 HPRx10 HPRx16 HPRx22 ±12 ±30

HPRx05 HPRx11 HPRx17 HPRx23 ±15 ±25

Примечание: х=1 для серии НР1?1ХХ, х=4 для серии НР1?4ХХ.

Таблица 3. Электрические параметры преобразователей серии НР1?10ХХ с выходной мощностью 1 Вт

Наименование ^BbC^ Iвых,

В ,5 5, ЬП 4, II вх Э U„X=10,8...13,2 В UBX=13,5^16,5 В U„X=21,6...26,4 В В мА

HPR1000 HPR1006 HPR1012 HPR1018 5 200

HPR1001 HPR1007 HPR1013 HPR1019 12 83

HPR1002 HPR1008 HPR1014 HPR1020 15 67

HPR1003 HPR1009 HPR1015 HPR1021 ±5 ±100

HPR1004 HPR1010 HPR1016 HPR1022 ±12 ±42

Компоненты и технологии, № 2'2004

Cl =1 ООО pF Ceramic Capacitior (1000V)

C2, C3 = 4.7 uF Tantalum Capacitor (25V)

LI, L2, L3 = 3 uH Ferrite Inductors **

Рис. 2. Схема фильтра, снижающего уровень помех на выходе до 2 мВ (размах)

Номиналы резисторов для каждой модели серии можно найти в application note dcan-28 на сайте www.cdpoweronline.com.

Для снижения уровня помех на выходе преобразователей серии HPR до беспрецедентно низкого уровня 2 мВ (размах) компания C&D Technologies предлагает схему выходного фильтра, изображенную на рис. 2.

Для достижения наилучших результатов конденсаторы С2 и С3 должны иметь низкое сопротивление на высоких частотах (например, танталовые).

Наиболее опасной для DC/DC-преобразователей является емкостная нагрузка, допустимая величина которой сильно зависит от времени нарастания входного напряжения. Для правильного выбора максимально допустимой емкостной нагрузки компания C&D Technologies приводит в документации графики областей безопасной работы (рис. 3).

Из графиков на рис. 3 видно, что минимально допустимое время нарастания входного напряжения составляет, для серии HPR, 5 мс.

Преобразователи серии HPR полностью совместимы по расположению выводов с 1Вт преобразователями серии TMA фирмы

TRACOPOWER, серии Б01 фирмы FRANMAR, серии RE и RB фирмы RECOM, позволяя без изменения разводки печатной платы получить либо более высокий КПД, либо повысить качество изоляции, либо снизить уровень помех.

Миниатюрные РС/РС-преобразователи серий ЫМЕ/ЫКЕ мощностью 1 Вт для жестких условий эксплуатации

Серии преобразователей NME и NKE особенно подходят для изоляции и преобразования напряжений электропитания, что крайне необходимо, когда требуется получить и изолировать питание, скажем АЦП или ЦАП, из питания микроконтроллера.

Гальваническая развязка позволяет получить, например, изолированное отрицательное напряжение питания там, где существует только положительное, и наоборот. Широкий рабочий диапазон температур гарантирует стабильный запуск преобразователей при температуре -40 °С и полную выходную мощность 1 Вт при +85 °С.

Таблица 4. Электрические параметры преобразователей серии ЫМЕ/ЫКЕ с выходной мощностью 1 Вт

Наименование

Входной диапазон ^ьж В DC Ub^ мА Изоляция 1000 В DC Изоляция 3000 В DC

3,3 303 - NKEx03S(D)

X=03 для 11вх=2,97...3,63 В DC 5 200 NMEx05S(D) NKEx05S(D)

X=05 для ивх=4,5...5,5 В DC X=12 для 11вх=10,8...13,2 В DC X=24 для 11вх=21,6...26,4 В DC 9 111 NMEx09S(D) NKEx09S(D)

12 83 NMEx12S(D) NKEx12S(D)

X=48 для 11вх=43,2...52,8 В DC 15 66 NMEx15S(D) NKEx15S(D)

24 42 NME0524S(D) -

Примечание: входной диапазон 3,3 В только для серии ЫКЕ и только для выходных напряжений 3,3 В и 5 В.

Преобразователи серии NME и NKE выпускаются в корпусах 81Р4(8) и 01Р8(Б). Электрические параметры и внешний вид преобразователей приведен в таблице 4.

Технические характеристики преобразователей серий ЫМЕ/ЫКЕ

• Точность установки выходного напряжения: ±5%.

• Изменение выходного напряжения (при изменении ивх на ±1%): менее ±1,2%.

• Изменение выходного напряжения (при изменении нагрузки 10.100%): +5.. .-2,5%.

• Уровень шумов на выходе (в полосе 20 МГц): <100 мВ (размах).

• Защита от короткого замыкания: не более 1 с.

• MTTF: до 2 414 000 час (при Т=+25°С по MIL-HDBK-217E).

• Рабочий температурный диапазон: -40. +85 °С (хранение: -50. + 130 °С). Фиксированная частота преобразования

100.140 кГц (тип.) позволяет при необходимости существенно облегчить фильтрацию шумов на выходе с помощью простых LC-фильтров.

Преобразователи полностью совместимы по расположению выводов с 1-ваттными преобразователями серии TME фирмы Тгасоро'И'ег и серии RM фирмы Recom, позволяя без изменения разводки печатной платы повысить КПД и снизить уровень шумов на выходе преобразователя.

Компактные РС/РС-преобразователи серий NMA/NMR/NMV/NMJ мощностью 1 Вт для жестких условий эксплуатации

Преобразователи серий NMA/NMR/NMV/ NMJ — это элементарные «кирпичики» для построения системы распределенного электропитания прямо на печатной плате.

• Серия NMA содержит преобразователи с двумя выходами со средней точкой в корпусах 81Р7(8) и DIP14(D) и электрической прочностью изоляции 1000 В DC.

• Серия NMR содержит преобразователи с одним выходом в корпусах Э1Р7 и электрической прочностью изоляции 1000 В DC.

• Серия NMV содержит преобразователи с одним или двумя выходами со средней точкой в корпусах 81Р7(8) и DIP14(D) и электрической прочностью изоляции 3000 В DC.

• Серия NMJ содержит преобразователи с двумя выходами со средней точкой в корпусе Э1Р7 и электрической прочностью изоляции 5200 В DC.

600

500

400

300

200

100

0

LOAD CAPACITANCE V6 INPUT RISE TIME (5 Vout models)

SA ;EC PER Ш IG/ RE/

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Rise Time of Voltage (mS)

LOAD CAPACITANCE V6 INPUT RISE TIME (12 Vout models)

SAF :ni FPA INI’ AP :A

0 5

10 15 20 25 30 35 40 45 50 Rise Time of Voltage (mS)

60

50

40

30

20

10

0

LOAD CAPACITANCE V6 INPUT RISE TIME (15 Vout models)

SA :E С PER Mil IG/ lRE>

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Rise Time of Voltage (mS)

Рис. 3. Зависимость максимальной емкостной нагрузки от времени нарастания входного напряжения для серии НР1?

Компоненты и технологии, № 2'2004

Таблица 5. Электрические параметры преобразователей серии ЫМк/ЫМУ с одним выходом и мощностью 1 Вт

UBblX# UbK' Изоляция 1000 В DC Изоляция 3000 В DC

В DC мА Вход 4,5...5,5 В Вход 10,8.13,2 В Вход 4,5...5,5 В Вход 10,8.13,2 В

5 200 NMR100 NMR106 NMV0505S(D)A NMV1205S(D)A

9 111 - - NMV0509S(D)A NMV1209S(D)A

12 83 NMR101 NMR107 NMV0512S(D)A NMV1212S(D)A

15 66 NMR102 NMR108 NMV0515S(D)A NMV1215S(D)A

Таблица 6. Электрические параметры преобразователей серии NMA/NMV/NMJ с двумя выходами со средней точкой и мощностью 1 Вт

^выЗ^ В DC мА Входные диапазоны, В DC Электрическая прочность изоляции вход-выход

1000 В DC 3000 В DC 5200 В DC

±5 ±100 х=05 для 11вх=4,5...5,5 В NMAx05S(D) NMVх05S(D) NM.M5S(D)

±9 ±55 x=12 для 11вх=10,8...13,2 В NMAx09S(D) NMVх09S(D) NM.M9S(D)

±12 ±42 x=24 для 11вх=21,6...26,4 В NMAx12S(D) NMVх12S(D) NM-b(12S(D)

±15 ±33 x=48 для 11вх=43,2...52,8 В NMAx15S(D) NMVх15S(D) NM-b(15S(D)

Таблица 7. Электрические параметры преобразователей серии NMD с двумя изолированными выходами и мощностью 1 Вт

Входной диапазон

X=05 для 11вх=4,5...5,5 В DC X=12 для ивх=10,8...13,2 В DC

Наименование

Корпус SIP7 Корпус DIP14

5В/100 мА 3,3 В/152 мА NMDx0503S NMDx0503D

5В/100 мА 5 В/100 мА NMDx0505S NMDx0505D

5 В/100 мА 9 В/56 мА NMDx0509S NMDx0509D

5 В/100 мА 12 В/42 мА NMDx0512S NMDx0512D

5 В/100 мА 15 В/34 мА NMDx0515S NMDx0515D

• Серия NMD включает преобразователи с двумя изолированными выходами в корпусе SIP7(S) или DIP14(D) и электрической прочностью изоляции 1000 В DC. Электрические параметры и внешний вид

преобразователей NMR и NMV с одним выходом приведен в таблице 5.

Электрические параметры и внешний вид преобразователей NMA/NMV/NMJ с двумя выходами со средней точкой приведены в таблице 6.

Электрические параметры и внешний вид преобразователей NMD с двумя изолированными выходами приведены в таблице 7.

Преобразователи серий NMA/NMR/NMV/ NMJ/NMD имеют следующие преимущества:

• Все модели с двумя выходами указанных серий обеспечивают режим гибкого распределения мощности, то есть с одного выхода можно получить до 1 Вт выходной мощности при условии, если общая выходная мощность не превышает 1 Вт. Это свойство особенно важно при импульсной нагрузке, например, при питании интерфейсных схем.

Преобразователи китайского и тайваньского производства и, соответственно, «contract manufacturing», не могут обеспечить такой режим работы. Обычно при перекосе нагрузки в выходных плечах даже на 20-25%, выходные напряжения плеч преобразователя выходят из заданных в документации пределов.

• Преобразователи серии NMJ обеспечивают беспрецедентно низкую проходную емкость вход-выход — всего 1,6-2,1 пФ и полное соответствие международным стандартам по электробезопасности EN60950, IEC950, UL1950, CSA950.

Такое низкое значение проходной емкости гарантирует низкий ток утечки и отличные динамические характеристики при наличии на входе импульсных помех.

• Преобразователи серии NMD прекрасно подходят для приложений, где есть нагрузки с разными напряжениями питания, например схемы управления двигателями. Два изолированных выхода экономят расходы и место на печатной плате, объединяя два DC/DC-преобразователя в одном корпусе.

• Все преобразователи указанных серий имеют рабочий диапазон температур -40...+85°С (полная мощность) и диапазон температур хранения -50. +130 °С, что позволяет широко использовать их в промышленных условиях эксплуатации.

Компактные DC/DC-преобразователи серии NMF мощностью 1 Вт со стабилизированным выходом и входом дистанционного управления

Эти преобразователи полезно использовать там, где требуется стабильное выходное напряжение при нестабильном входном напряжении. Возможность дистанционного включения-выключения преобразователя особенно полезна в приложениях с флэш-ПЗУ, где требуется управляемый источник напряжения.

Преобразователи серии NMF выпускаются в корпусах SIP7 и DIP14. Электрические параметры и внешний вид преобразователей приведен в таблице 8.

Технические характеристики преобразователей серии NMF

• Изменение выходного напряжения (при изменении ивх на ±1%): менее ±0,25%.

• Изменение выходного напряжения (при изменении нагрузки 10-100%): менее 1,5%.

• Уровень шумов на выходе (в полосе 20 МГц): 60 мВ (размах, тип.).

• Защита от короткого замыкания: не более 1 с.

• MTTF: до 1 307 000 час (при Т = +25 °С по MIL-HDBK-217E).

• Рабочий температурный диапазон: -40. +70 °С (хранение: -55. +150 °С).

Особенности применения DC/DC-преобразователей с выходной мощностью 1 Вт

Фильтрация входных и выходных шумов Большинство DC/DC-преобразователей с гальванической развязкой компании C&D Technologies имеет фиксированную частоту преобразования. Это позволяет использовать сравнительно простые фильтры для дополнительной фильтрации выходного напряжения.

Для уменьшения шумов, создаваемых преобразователем на входе или на выходе, необходимо принимать во внимание несколько аспектов. Компания C&D Technologies рекомендует использовать для фильтрации простые пассивные LC-цепи как на входе, так и на выходе преобразователя (см. рис. 4). Можно использовать и простые RC-цепи, однако потери на резисторе будут слишком большими.

• Собственная резонансная частота индуктивности должна быть значительно выше частоты преобразования преобразователя (обычно частота преобразования для 1-ваттных преобразователей C&D Technologies лежит в районе 100 кГц).

• Максимально допустимый ток индуктивности должен быть по меньшей мере в два раза больше номинального входного или выходного тока преобразователя.

• Сопротивление индуктивности на постоянном токе тоже необходимо принимать во внимание для расчета потерь напряжения на индуктивности.

Величины индуктивности и емкости, указанные на рис. 4, справедливы для большинства DC/DC-преобразователей C&D Technologies. Величина емкости выбрана такой, чтобы образовать с входным или выходным конденсаторами преобразователя «pi» (П-образ-ный) фильтр. Величина индуктивности выбрана такой, чтобы образовать эффективный фильтр частоты преобразования вместе с выбранными конденсаторами.

Таблица 8. Электрические параметры преобразователей серии NMF с одним стабилизированным выходом и мощностью 1 Вт

Входной диапазон

X=05 для 11вх=4,75...5,25 В DC X=12 для 11вх=11,4...12,6 В DC X=12 для 11вх=22,8...25,2 В DC X=12 для 11вх=45,6...50,4 В DC

^выз^ Iвых, Наименование

В DC мА Корпус SIP7 Корпус DIP14

5 100 NMFx05S NMFx05D

9 100 NMFx09S NMFx09D

12 83 NMFx12S NMFx12D

15 67 NMFx15S NMFx15D

Компоненты и технологии, № 2'2004

Vino

GND о

1с~~ х dc

—I— '-IN 1 DC

Серии Входное напряжение Индуктивность ^„/Емкость Cin Выходное напряжение Индуктивность Lout/ Емкость Со

LME, NMA, NME, NML, NMD, NMV 3,3 В 33 мкГн/1,5 мкФ 3,3 В 33 мкГн/1,5 мкФ

5 В 47 мкГн/1,0 мкФ 5 В 47 мкГн/1,0 мкФ

12 В 220 мкГн/1,0 мкФ 9 В 100 мкГн /1,0 мкФ

24 В 470 мкГн/470 нФ 12 В 220 мкГн /1,0 мкФ

48 В 680 мкГн/180 нФ 15 В 330 мкГн /1,0 мкФ

Рис. 4. Фильтры на входе и выходе преобразователя

Ограничение пускового тока Использование последовательной индуктивности на входе (рис. 4), будет ограничивать и пусковой ток преобразователя (см. рис. 5).

Если на входе преобразователя отсутствует последовательная индуктивность, то входной ток можно рассчитать по формуле

yRC>

Так как в момент запуска 1=0, то уравнение упрощается до

1=£

к

Предположим, что входное напряжение имеет номинал 5 В, а сопротивление печатных проводников и соединительных проводов до входных контактов преобразователя составляет 50 мОм. Тогда пусковой ток составит огромную величину в 100 А, что может создать немало проблем для ОСЮС-преобразователя и проводников печатной платы.

Последовательная индуктивность на входе не только фильтрует шумы от внутреннего генератора, но и ограничивает пусковой ток преобразователя.

Максимальная емкостная нагрузка

Простейший способ снижения шумов на выходе преобразователя — подключить к выходу преобразователя конденсатор достаточно большой емкости. Это может быть даже более дешевой альтернативой ЬС-филь-тру, хотя и не такой эффективной.

Но при этом, если емкость на выходе преобразователя будет слишком большой, могут возникнуть проблемы с запуском преобразователя. При запуске преобразователя с большой емкостью на выходе возникает бросок зарядного тока.

Этот ток может быть так велик, что преобразователь может перейти в нестандартный режим работы. В наихудшем случае преобразователь перейдет в режим работы с пониженным напряжением и очень высоким уровнем шумов на выходе.

Поэтому C&D Technologies обычно рекомендует подключать на выход каждого канала емкость не более 10 мкФ. При использовании на выходе емкости вместе с последовательной индуктивностью (LC-фильтр) для получения очень низких шумов на выходе величину емкости можно увеличить до 47 мкФ.

Более точно рассчитать максимально допустимую емкостную нагрузку на выходе в зависимости от времени нарастания входного напряжения можно по уравнению в application notes dcan-46 на сайте www.cdpoweronline.com.

Устранение зависимости выходного напряжения от «провалов» напряжения на входе

Когда напряжение на входе преобразователя с нестабилизированным выходным напряжением изменяется, напряжение на выходе преобразователя будет претерпевать такие же изменения. Это может происходить из-за бросков нагрузки в первичной сети, вызванных, например, «горячим» включением дополнительных нагрузок.

В этом случае будет полезна простая диодно-конденсаторная схема, которая устранит эту зависимость (см. рис. 6).

Схема содержит диод, питающий электролитический конденсатор большой емкости (обычно 47 мкФ), который является кратковременным источником тока для преобразователя. При «провале» входного напряжения диод запирается и изолирует конденсатор от разряда через другие цепи.

Если добавить на вход преобразователя последовательно включенную индуктивность, то получится очень хороший фильтр. Чтобы снизить падение напряжения на диоде, рекомендуется использовать диод Шотт-ки с малым прямым падением напряжения.

Передача напряжения питания на большое расстояние

При передаче напряжения питания по длинному кабелю существует несколько причин

=V/R

I Voltage: V=Vin(i—ехр(—t/RC))

▼in

/^^^Current: l=V/Rexp(—t/RC)

Time

Рис. 5. Изменение тока и напряжения

на входе преобразователя при запуске

для использования изолированных DC/DC-преобразователей (см. рис. 7).

• Подверженность шумам и воздействию электромагнитных помех кабеля очень близки к характеристикам печатных проводников на плате. Изолируя кабель с помощью DC/DC-преобразователей на обоих концах, все шумы кабеля в виде синфазных помех будут подавляться преобразователями.

• Уменьшение потерь мощности на кабеле передачей более высокого напряжения и меньшего тока с последующим восстановлением исходного напряжения на нагрузке. Это также будет снижать чувствительность передаваемого напряжения к помехам.

Например, оценим потери мощности в системе, имеющей напряжение в первичной сети 5 В и требующей передать на другой конец кабеля это же напряжение 5 В и обеспечить мощность 500 мВт с гальванической развязкой.

Предположим, что сопротивление кабеля составляет 100 Ом. При использовании преобразователя NME0505S для доставки мощности на другой конец кабеля с током нагрузки 100 мА потери на кабеле составят 1 Вт (I2R), то есть вся мощность преобразователя упадет на кабеле.

При использовании NMA0512S на передающем конце кабеля для получения напряжения 24 В для передачи по кабелю и NME2405S для получения 5 В из 24 В на приемном конце кабеля для передачи мощности 500 мВт потребуется ток в кабеле всего 21 мА, что составит потери в кабеле всего 44 мВт!

DC/DC-преобразователи C&D Technologies с выходной мощностью 0,25-1 Вт имеют множество применений в промышленной автоматике и телекоммуникационной технике, которые невозможно описать в одной статье. Примеры применения преобразователей и подробную техническую документацию можно найти на сайте компании в Интернете: www.cdpoweronline.com.

В следующей статье серии будут рассмотрены DC/DC-преобразователи с выходной мощностью 1,5-9 Вт.

NMA0512D

V|No-

GND°-

Ч\ч DC

Dc\

CABLE

NME2405

хххх:

TARGET

CIRCUIT

Рис. 7. Передача напряжения на большие расстояния