Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2001 №2

Стандартный модуль питания для монтажа на печатной плате

Лазученков Алексей  
Макаров Вячеслав  

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.

Современный рынок ИВЭП характеризуется постоянным появлением новых фирм-производителей и обострением конкуренции. Это 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.

Рис. 1. Упрощенная электрическая схема модулей

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.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 (Artesyn), 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 использовать 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
Типовые выходные параметры
Точность установки выходного напряжения ±2%
Регулировка выходного напряжения ±5%
Нестабильность выходного напряжения от изменения входного напряжения ±0,30%
Нестабильность выходного напряжения от изменения тока нагрузки в пределах (0,1-1,0) I н мак ±0,50%
Коэффициент температурной нестабильности выходного напряжения ±0,1%/°С
Рабочая частота 250 кГц
Пульсации выходного напряжения <100 мВ
Порог срабатывания защиты по току 105-130%
Ограничение выходного напряжения 120-130%
Максимальная емкость нагрузки для выходного напряжения: 3,3 В и 5 В
12 В и 15 В
20 В, 24 В, 27 В
1000мкФ
200мкФ
100мкФ
Коэффициент полезного действия 83%
Таблица 2
Общие характеристики
Электрическая прочность изоляции 500 В
Сопротивление изоляции 20 МОм
Рабочая температура на корпусе -40 °С...+85 °С
Предельная температура окружающей среды -55 °С...+85 °С
Максимальный вес 30 г
Размеры корпуса 31,6 х 20,2 х 12,0 мм
Наработка на отказ 30 000 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 приводить 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 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 Двухканальный
Вывод Цепь
1 "+" вход
2 "-" вход
3 "+" выход
4 Регулировка
5 "-" выход
6 Выкл.
Вывод Цепь
1 "+" вход
2 "-" вход
3 "+" выход
4 Общий
5 "-" выход
6 Выкл.
Рис. 2. Входной ток как функция входного напряжения при Iн=I н мак для модулей МПВ10
Рис. 3. Входной ток как функция входного напряжения при I н=I н мак для модулей МПА10
Рис. 7. Перекрестная нестабильность Uвых.1=f(IH2) при IH1=1,0А для модулей МПА (В, Е) 10АА
Рис. 11. Выходное напряжение при ступенчатом изменении нагрузки от 50% до 75% отI н мак. для одноканальных модулей
Рис. 4. Входной ток как функция входного напряженияпри I н=I н мак. для модулей МПЕ10
Рис. 8. Нагрузочная характеристика канала 1 при фиксированной нагрузке канала 2,1н2=0,51н2мак. для модулей МПА (В, Е)10ВВ, СС
Рис. 12. Выходное напряжение при ступенчатом изменениинагрузки от 50% до 25% от I н мак. для одноканальных модулей
Рис. 5. Нагрузочная характеристика канала 1 при фиксированной нагрузке канала 2, I н2=0,5 А для модулей МПА (В, Е)10АА
Рис. 9. Перекрестная нестабильность Uн1=f(Iн2) при фиксированной нагрузке канала 1 Iн1=Iн1мин. для модулей МПА (В,Е)10 ВВ, СС
Рис. 13. Установление выходного напряжения при включении модуля при Iн=0,8 I м мак. и Uвх.=Uвх. ном.
Рис. 6. Перекрестная нестабильность Uвых.1=f(Iн2) при Iн1=0,1А для модулей МПА (В, Е)10АА
Рис. 10. Перекрестная нестабильность Uн1=f(Iн2) при фиксированной нагрузке канала 1 I н1=Iн мак. для модулей МПА (В, Е)10ВВ, СС
Рис. 15. Зависимость максимальной температуры корпуса от рассеиваемой мощности и температуры окружающей среды для различных условий охлаждения модуля
Рис. 16. Габаритные и установочные размеры модулей
Рис. 17а. Типовая схема подключения одноканального 10-ваттного модуля питания, где: PU - источник питания; Rh - нагрузка; SA - любой механический контакт; Iвыкл. от 0,35 мА до 0,8 мА. Для увеличения выходного напряжения вывод "Per." соединить с выводом "-Uвых", для уменьшения - с выводом "+Uвых"
Рис. 17а. Типовая схема подключения двухканального 10-ваттного модуля питания, где: PU - источник питания; Rh1, Rh2 - симметричные нагрузки; SA - любой механический контакт; Iвыкл. от 0,35 мА до 0,8 мА.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке