CC BY
44Стандартный модуль питания для монтажа на печатной плате
Практически любое функционально законченное электронное устройство имеет на входе источник вторичного электропитания (ИВЭП), который обеспечивает его электроэнергией необходимого качества и мощности.
Бурное развитие элементной базы и технологии производства определяет постоянное совершенствование ИВЭП в направлении уменьшения габаритов и веса, повышения КПД, уменьшения наводимых и излучаемых помех, снижения пульсаций выходного напряжения и др. при условии сохранения или снижения цены.
Вячеслав Макаров, овременный рынок ИВЭП характеризуется
Алексей Лазученков постоянным появлением новых фирм-произ-
водителей и обострением конкуренции. Это [email protected] заставляет фирмы выпускать различные типы как
AC/DC, так и DC/DC преобразователей, мощностью от долей ватта до десятков киловатт, одно и многоканальные, в разных конструктивных исполнениях и адаптированных к работе в различных условиях эксплуатации. В результате номенклатура продукции фирм-производителей состоит из десятков типов и сотен типономиналов ИВЭП, при использовании которых потребитель имеет возможность спроектировать собственную систему электропитания, практически любой сложности и конфигурации.
В России в связи с улучшением экономической обстановки и некоторого роста промышленного производства прослеживаются те же закономерности — на рынок, кроме известных фирм, таких как Ericsson, Artesyn, Astec, Melcer, Lambda, Lucent Technologies, выходят новые:
Huawei, Traco, FranMar, Minmax, Brandner и др., в основном дальневосточного происхождения.
Рис. 1. Упрощенная электрическая схема модулей
Отечественные производители ИВЭП также ежегодно увеличивают обьемы производства и продаж и постоянно расширяют ассортимент.
Следует отметить, что развитие ИВЭП идет в сторону их стандартизации по электрическим, механическим, надежностным и конструктивным параметрам — они все более становятся похожими на традиционные электронные компоненты.
Это позволяет покупателю иметь возможность в выборе компании-изготовителя, страховку от возможного сбоя в поставках ИВЭП (есть другие производители) и снижать цену на изделие (фирмы из-за конкуренции вынуждены снижать собственные затраты).
Компания «ММП-Ирбис», основываясь на данных мирового и собственного маркетинга ИВЭП, разработала и освоила в серийном производстве несколько новых типов модулей питания на выходные мощности 1, 5, 6, 10 и 20 Вт.
В статье представлен 10Вт-й источник питания, кратко даны его характеристики, схемотехника, особенности эксплуатации.
Он относится к унифицированной серии и имеет многочисленные аналоги среди зарубежных модулей, например TEN10 (фирма Traco), BXA10 ^Г^уп), DFC (Melcher), HG10 (Huawei) и др.
Серия МП..10 модулей питания представляет собой одно- или двухканальные высокоэффективные 10Вт-е преобразователи, изготовленные с использованием технологии поверхностного монтажа на импортной элементной базе.
Малые габариты и вес, высокая удельная мощность 750 Вт/дм3, внешнее выключение, низкопрофильный металлический корпус, гальваническая развязка, высокая стабильность выходного напряжения, защита от перегрузки и короткого замыкания, наличие защиты от перенапряжения позволяют исполь-
зовать модули и как законченные устройства электропитания, и как составные части более сложных систем вторичного электропитания.
Благодаря хорошим динамическим характеристикам блоки данной серии, кроме питания радиоэлектронной аппаратуры широкого назначения, могут быть использованы и для питания различных типов двигателей. Габаритные размеры, расположение выводов, входные и выходные характеристики совпадают с аналогичными модулями зарубежных производителей.
На рис.1 приведена упрощенная электрическая схема модулей. Модули предназначены для работы в трех диапазонах входного напряжения: 9-18 В — МПА..., 18-36 В — МПВ..., 36-72 В — МПЕ... и имеют следующие выходные напряжения: 3,3; 5; 6; 9; 12; 15; 20; 24; 27; ±5; ±6; ±12; ±15.
В табл. 1 и 2 приведены основные типовые параметры и характеристики модулей.
Таблица 1
дить к нестабильной работе модуля. Если индуктивность первичного источника превышает 4 мкГн, рекомендуется установка непосредственно на входе модуля электролитического конденсатора емкостью 33 мкФ с малой величиной ( не более 0,7) эквивалентного последовательного сопротивления на частоте 100 кГц.
С целью расширения областей применения в модуле не установлен плавкий предохранитель, однако в интересах безопасности системы электропитания целесообразна установка внешнего предохранителя. Предохранитель должен быть быстродействующим и на ток не более 5А. В этом случае он обеспечивает также и защиту от ошибки в полярности входного напряжения.
Защита от перенапряжения на выходе модуля
В модулях применена защита от перенапряжений на выходе ограничительного типа. Для
Типовые выходные параметры
Точность установки выходного напряжения ±2 %
Регулировка выходного напряжения ±5 %
Нестабильность выходного напряжения от изменения входного напряжения ±О.3О %
Нестабильность выходного напряжения от изменения тока нагрузки в пределах (0,1-1,0)1н мак ±О.5О %
Коэффициент температурной нестабильности выходного напряжения ±О.О1 % / °С
Рабочая частота 25О кГц
Пульсации выходного напряжения <1ОО мВ
Порог срабатывания защиты по току 1О5-13О%
Ограничение выходного напряжения 12О-13О%
Максимальная емкость нагрузки для выходного напряжения: 3,3 В и 5 В 12 В и 15 В 20 В, 24 В, 27 В ІОООмкФ 2ООмкФ 1ООмкФ
Коэффициент полезного действия B3 %
Таблица 2
Общие характеристики
Электрическая прочность изоляции 5ОО В
Сопротивление изоляции 2О МОм
Рабочая температура на корпусе -4О С...+В5 оС
Предельная температура окружающей среды -55 С...+В5 оС
Максимальный вес ЗО г
Размеры корпуса 31.6х2О.2х12.О мм
Наработка на отказ ЗО ООО ч
На рис. 2-4 приведены типовые зависимости входного тока как функции входного напряжения при максимальном токе нагрузки в нормальных условиях. На рис. 5-10 приведены типовые зависимости нагрузочной и перекрестной нестабильности выходных напряжений двухканальных модулей в нормальных условиях. На рис. 11 и 12 приведены типовые динамические характеристики одноканальных модулей. Рис. 13 показывает выход на режим модуля при подаче питания на рис. 14 — этот же процесс при включении модуля сигналом дистанционного управления.
Требования к первичному источнику
Модули МПА (В, Е)10 должны подключаться к источнику напряжения с низким значением выходного импеданса. Индуктивный характер выходного импеданса может приво-
этого используется стабилитрон, включенный параллельно выходным контактам модуля, таким образом, выходное напряжение никогда не превышает напряжения пробоя стабилитрона. В случае длительного нахождения в режиме функционирования защиты от перенапряжений стабилитрон выходит из строя, причем выбранный тип стабилитрона гарантирует его отказ в этом случае в виде короткого замыкания, что автоматически приводит к срабатыванию защиты от перегрузки и короткого замыкания на выходе.
Защита от перегрузки и короткого замыкания на выходе
В модуле применена защита типа «Hiccup», то есь при увеличении тока нагрузки выше 1,1—1,3 максимального значения происходит снижение выходного напряжения модуля. При дальнейшем увеличении нагрузки схема
выключается и происходит повторный запуск. Параметры цепи запуска обеспечивают гарантированный запуск модуля на заданную емкость нагрузки и вместе с тем допускают длительное (без ограничения) нахождение модуля в режиме короткого замыкания нагрузки.
Особенности теплового режима модуля
Тепло, выделяемое компонентами модуля, передается через теплопроводный компаунд на металлический корпус, который рассеивает его в окружающее пространство в основном при помощи конвекции.
Поэтому температура корпуса достаточно точно определяет температуру компонентов схемы.
На рис. 15 приведены зависимости максимальной температуры корпуса в зависимости от рассеиваемой внутри модуля мощности и температуры окружающей среды для различных условий охлаждения модуля.
На рис. 17 приведены типовые схемы включения одноканальных и двухканальных модулей. На рис. 16 приведены габаритные и установочные размеры модулей. Таблица 3 определяет функции контактов модуля.
Таблица 3
Одноканальный
Вывод Цепь
1 «+» вход
2 «-» вход
З «+» выход
4 Регулировка
5 «-» выход
6 Выкл.
Двухканальный
Вывод Цепь
1 «+» вход
2 «-» вход
З «+» выход
4 Общий
5 «-» выход
6 Выкл.
||« ;А
О.?
С1.Й й.7 о.ь
0.5
ы
0.3 0.3 0.1
= 10 15 Ч 55 » Н Л)
и^.в
Рис. 2. Входной ток как функция входного напряжения при 1н=1н МАК для модулей МПВ10
Рис. 3. Входной ток как функция входного напряжения при ^=^ мак для модулей МПА10
и««Д,В
5.00 Л.Р5 4.1Ю 4.%5 4М АЛ 5
&я 0.1 0.2 аз ы о.й о. 7 о^е о.* 1Л
1н2хА
Рис. 7. Перекрестная нестабильность Uвых.1=f(Iн2) при !н!=1.0А для модулей МПА (В, Е)10АА
и—/У—. И
075
0,5&
1,1 ООмкс/дм,
Рис. 11. Выходное напряжение при ступенчатом изменении нагрузки от 50 % до 75 % от ^ Мак для одноканальных модулей
Ііх ,А
и«,в
Рис. 4. Входной ток как функция входного напряжения при ^=^ мак для модулей МПЕ10
Цішіі/Цшіі* 1 .СЭО-------
ОД йГ5 Р.ЗЯ 045 Ф.75 МЧР 1.М
Ікі/їи мак
Рис. 8. Нагрузочная характеристика канала 1 при фиксированной нагрузке канала 2, Iн2 0 ,5|н2мак. для модулей МПА (В, Е)10ВВ,СС
1.011 1 л
О.РС
075
0.5С
Рис. 12. Выходное напряжение при ступенчатом изменении нагрузки от 50 % до 25 % от ^ мак для одноканальных модулей
г-
1111 — 1II1 III 1111 ■ 1II .1111 ли мі і /ні IIі!
1
їг100аікс/д*п.
А »5 5.Ю 5.03 5.00 4.95 А. ТО
0.0- 0.1 0.2 О.-Э 0.4- 0.5 Э-* 0.7 0_Я О.? 1Л
1к1,А
Рис. 5. Нагрузочная характеристика канала 1 при фиксированной нагрузке канала 2 , ^2=° ,5А для модулей МПА (В, Е)10АА
и^яі/и^Ян.
1.02.3 1.020 1.016 1 дпз
ЦОЮ 1.007
1.003
і дню
0.9ЇЙ
Рис. 9. Перекрестная нестабильность ^1=^2) при фиксированной нагрузке канала 1 1н1=1н1мин. для модулей МПА (В, Е)10ВВ,СС
и.«уи«Ег к и их /Ц..,
1
г,1 0О«ч/дел. Рис. 13. Установление выходного напряжения при
включении модуля при |н=0,8|н мак. и ивх=ивх ном.
и^.1гВ
и. с о.| оз [|.з ы м с.і (и з.а а» ис
ІніА
Рис. 6. Перекрестная нестабильность ивых.1=фн2) при 1н1=0.1А для модулей МПА (В, Е)10АА
и—1/Ц—1к
Уітож-
VI па V"! гріті • •.
1гш1г л" / / * к к №К ~| Г
по а.13 о.эо пыл о.йо ги-ї їі.їоілз
Іні/к,**,
Рис. 10. Перекрестная нестабильность Ц^Н1^) при фиксированной нагрузке канала 1 1н1=1н1мак для модулей МПА (В, Е)10ВВ,СС
У ныхуиных. Н Гу 'А
ґ~\
,1
■
^Згш/двл.
Рис. 14. Дистанционное включение модуля
Рр«.,йт
10
2.5
1.5
«0
^ ^ 50 И № *5 79 7-5 № Н ^ 1«1«11«
Т*С
Рис. 15. Зависимость максимальной температуры корпуса от рассеиваемой мощности и температуры окружающей среды для различных условий охлаждения модуля
1&ЫКЛ
ВЫКЛ 6 5 -ивых
п
-и вход ? 4 Рег,
+иЁХОД 1 3 +иьых
МП, .10
Рис. 17а. Типовая схема подключения одноканального 10-ваттного модуля питания, где: Ри — источник питания;
кн — нагрузка;
БД — любой механический контакт;
1выкл от 0,35 мА до 0,8 мА.
Для увеличения выходного напряжения вывод «Рег.» соединить с выводом «-ивых», для уменьшения — с выводом «+ ивых».
шЫКЛ
Ри
выкл 6 5 -ивых
-ивлрд 2 А Рег,
+ 11 вход 1 3 ■ь11ьых
МП,,10
О'
Рис. 17 б. Типовая схема подключения двухканального 10-ваттного модуля питания, где: Ри — источник питания;
кн1, кн2 — симметричные нагрузки;
БД — любой механический контакт;
1выкл от 0,35 мА до 0,8 мА
