Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2012 №11

Модули RAM и MicroRAM компании Vicor

Белотуров Владимир  
Иванов Дмитрий  
Кривченко Игорь  

Мы завершаем цикл публикаций о построении вторичных источников электропитания на базе модулей американской компании Vicor. В восьмой статье этого цикла рассмотрены выходные модули VI-RAM и MicroRAM, предназначенные для подавления пульсаций выходных напряжений DC/DC-конвертеров.

Введение

В предыдущих статьях цикла мы рассказали о DC/DC-конвертерах Vicor первого [1] и второго [2] поколений, AC/DC-модулях для сопряжения DC/DC-конвертеров Vicor с входной сетью переменного тока [3], AC/DC-конвертерах с активной коррекцией коэффициента мощности [4], входных фильтрах-аттенюаторах FIAM для DC/DC-конвертеров Vicor второго поколения [5], DC/DC-конвертерах семейства IBC для построения распределенных систем электропитания [6] и DC/DC-конвертерах нового семейства Cool-Power [7].

В заключительной статье этого цикла речь пойдет о выходных модулях-аттенюаторах семейства RAM (рис. 1а), предназначенных для подавления пульсаций выходных напряжений DC/DC-конвертеров Vicor только первого поколения. Будут также рассмотрены выходные модули семейства MicroRAM (рис. 1б), совместимые с любыми DC/DC-конвертерами, выходное напряжение которых не выходит за пределы интервала от 3 до 30 В, включая все DC/DC-конвертеры Vicor.

 Выходные модули-аттенюаторы Vicor

Рис. 1. Выходные модули-аттенюаторы Vicor: а) VI-RAM; б) MicroRAM

Выходные модули-аттенюаторы семейства VI-RAM

Модули RAM (Ripple Attenuation Module) — это устройства, предназначенные для подавления пульсаций выходных напряжений DC/DC-конвертеров Vicor и совместимые со всеми конвертерами серий VI-200 и VI-J00 [1], выходные напряжения которых лежат в пределах от 5 до 50 В.

Нормируемый производителем размах напряжения пульсаций у конвертеров  VI-200/VI-J00 зависит от температурного класса конвертера, который определяет нижнюю границу рабочего температурного диапазона, и от выходного напряжения. Максимальное значение этого параметра, отнесенное к выходному напряжению конвертера, — от 1,5 до 7,5% (табл. 1). Подключив между выходом DC/DC-конвертера и нагрузкой модуль RAM, как показано на рис. 2, можно снизить размах напряжения пульсаций на нагрузке менее чем до 3 мВ при токе нагрузки до 20 А.

Таблица 1. Пульсации выходных напряжений DC/DC-конвертеров серии VI-200

Выходное напряжение, В Максимальный размах напряжения пульсаций, %
Температурный класс E Температурные классы C, I, M
2 7,5 5
3,3; 5 5 3
10–95 3 1,5
Схема импульсного источника питания с низкими пульсациями выходного напряжения

Рис. 2. Схема импульсного источника питания с низкими пульсациями выходного напряжения на базе DC/DC-конвертера Vicor серии VI-200

Модуль RAM не требует никакой настройки, и его использование не влияет на такие свойства конвертера, как возможность стабилизации напряжения непосредственно на удаленной нагрузке (Remote Sense), возможность регулировки выходного напряжения с помощью дополнительных внешних резисторов и защита от перенапряжения и перегрузки по току [1]. Пассивный и активный фильтры, которые входят в структуру модуля RAM, обеспечивают подавление пульсаций и шумов в диапазоне частот от 0 до 20 МГц (рис. 3), не оказывая никакого отрицательного влияния на работу источника питания, кроме рассеивания дополнительной мощности.

Частотная характеристика модуля семейства VI-RAM

Рис. 3. Частотная характеристика модуля семейства VI-RAM

Компания Vicor производит модули RAM двух типов, которые отличаются друг от друга только максимальным выходным током (табл. 2). Под рабочим температурным диапазоном модуля в таблице 2, так же как и во всех других статьях данного цикла [17], понимается не температура окружающей среды, а температура металлического основания модуля.

Таблица 2. Электрические и эксплуатационные параметры модулей семейства VI-RAM

Параметр Значение
Входное напряжение, В 5–50
Максимальный ток нагрузки, А:
• тип 1
• тип 2
10
20
Предельно допустимый выходной ток, А 30
Падение напряжения между входом и выходом, В:
• при выходном токе до 10 А
• при выходном токе до 10 А
• при перегрузке до 30 А
0,34–0,41
0,34–0,44
0,34–0,75
Коэффициент полезного действия, % 93–99
Электрическая прочность изоляции между выводами модуля и базовой панелью (rms), В 500
Рабочий температурный диапазон, °C:
• класс «E»
• класс «C»
• класс «I»
• класс «M»
–10…+100
–25…+100
–40…+100
–55…+100
Температура хранения, °C:
• класс «E»
• класс «C»
• класс «I»
• класс «M»
–20…+105
–40…+105
–55…+105
–65…+105

Модули VI-RAM выпускаются в корпусе Half Brick («полкирпича») с габаритными размерами 57,9×61×12,7 мм, и по своему внешнему виду (рис. 1а) они ничем не отличаются от DC/DC-конвертеров серии VI-J00. Масса одного модуля не превышает 107 г.

Выходные модули-аттенюаторы семейства MicroRAM

Модули MicroRAM (рис. 1б) имеют то же функциональное назначение, что и рассмотренные выше модули-аттенюаторы пульсаций семейства VI-RAM, но, в отличие от VI-RAM, модули MicroRAM совместимы с любыми DC/DC-конвертерами Vicor, выходное напряжение которых лежит в пределах от 3 до 30 В, а не только с конвертерами первого поколения. Более того, модули MicroRAM можно использовать для подавления пульсаций выходного напряжения у большинства импульсных преобразователей, выпускаемых другими производителями, но при условии, что максимальный размах пульсаций напряжения на входе модуля RAM не будет превышать 100 мВ в полосе частот от 100 Гц до 100 кГц и 500 мВ в полосе частот от 100 кГц до 2 МГц. Встроенные пассивный и активный фильтры (рис. 4) обеспечивают эффективное (более чем на 40 дБ) подавление пульсаций в полосе частот от 1,1 кГц до нескольких мегагерц, а с помощью всего одного дополнительного внешнего конденсатора CHR можно получить такое же высокое подавление пульсаций и в более низкочастотной области — от 100 Гц.

Упрощенная функциональная схема модуля MicroRAM

Рис. 4. Упрощенная функциональная схема модуля MicroRAM

Вывод CTRAN модуля (рис. 4) предназначен для подключения еще одного внешнего конденсатора, с помощью которого можно понизить резонансную частоту пассивного фильтра, благодаря чему улучшаются переходные характеристики модуля [8].

Два типа модулей MicroRAM (uRAM2 и uRAM3), выпускаемых компанией Vicor, отличаются друг от друга только максимальным рабочим выходным током (табл. 3). Модули uRAM2 рассчитаны на ток нагрузки до 20 А, а модули uRAM3 — на ток до 30 А, но ни в одном из этих вариантов исполнения нет встроенной цепи ограничения выходного тока, о чем нельзя забывать при проектировании источника питания. Для защиты модулей от перегрузки необходимо использовать плавкий предохранитель во входной цепи DC/DC-конвертера, который должен быть рассчитан таким образом, чтобы не допустить превышения выходного тока модуля MicroRAM более чем на 30% по сравнению с максимальным рабочим током. Предельно допустимое значение импульсного выходного тока равно 40 А при длительности импульса 10 с.

Таблица 3. Электрические и эксплуатационные параметры модулей семейства MicroRAM

Параметр Значение
Входное напряжение, В 3–30
Максимальный ток нагрузки, А:
• uRAM2
• uRAM3
20 30
Минимальный ток нагрузки, мА 20
Рекомендуемое значение VHR (см. примечание) при выходном токе 1 А, мВ 325–425
Коэффициент полезного действия, % До 98
Максимальный размах напряжения пульсаций на выходе модуля при максимально допустимых пульсациях на входе, мВ 10
Рабочий температурный диапазон, °C:
• класс «C»
• класс «T»
• класс «H»
• класс «M»
–20…+100
–40…+100
–40…+100
–55…+100
Температура хранения, °C:
• класс «C»
• класс «T»
• класс «H»
• класс «M»
–40…+125
–40…+125
–55…+125
–65…+125

Примечание. VHR — дифференциальное напряжение между выводами +IN и +OUT модуля, которое «программируется» с помощью внешнего резистора RHR (рис. 4).

Принцип действия активного аттенюатора периодических и случайных девиаций входного напряжения основан на управлении сопротивлением проводящего канала МОП-транзистора, включенного между пассивным фильтром и выходом модуля MicroRAM (рис. 4). Если входное напряжение модуля уменьшается, сопротивление МОП-транзистора также уменьшается, благодаря чему снижается падение напряжения на модуле MicroRAM, и наоборот, когда входное напряжение растет, увеличивается и сопротивление МОП-транзистора, пропорционально которому увеличивается падение напряжения на модуле.

Сопротивление внешнего резистора RHR, с помощью которого задается значение напряжения VHR при среднем значении напряжения на входе модуля MicroRAM и отсутствии нагрузки, рассчитывается по следующей формуле:

где RHR — сопротивление резистора RHR, кОм; V+OUT — напряжение на выходе +OUT модуля, В; VHR — «программируемое» падение напряжение на модуле, В.

С ростом нагрузки напряжение VHR автоматически понижается со скоростью 4 мВ/А для версии uRAM2 и 2 мВ/А для версии uRAM3, благодаря чему снижается мощность, рассеиваемая модулем, но в то же время снижается и его способность к активному подавлению пульсаций и шумов при больших токах нагрузки.

На рис. 5 представлены два варианта построения импульсных источников питания с низкими пульсациями выходного напряжения на базе DC/DC-конвертеров Vicor второго поколения и модулей MicroRAM.

Схема импульсного источника питания на базе DC/DC-конвертера Vicor:

Рис. 5. Схема импульсного источника питания на базе DC/DC-конвертера Vicor: а) семейства Maxi или Mini, работающего в режиме Remout Sense; б) второго поколения, в котором используется управление по входу SC

В первом варианте (рис. 5а) с помощью внешних резисторов RUP и RDWN задается требуемое выходное напряжение, а для поддержания желаемого напряжения на выходе источника питания используется способность конвертера стабилизировать напряжение на удаленной нагрузке (режим Remote Sense) [2]. У DC/DC-конвертеров Vicor семейств Maxi и Mini режим Remote Sense реализуется путем простого соединения выходов OUT и GND источника питания соответственно с входами +SENSE и –SENSE. Резистор RSENSE и конденсатор CRS в данной схеме служат для обеспечения устойчивости источника питания.

В источнике питания, схема которого приведена на рис. 5б, используется управление выходным напряжением конвертера по входу SC [2]. Через резистор RSC вход SC конвертера соединяется с выходом SC модуля MicroRAM. Сопротивление резистора RSC выбирают таким, чтобы напряжение на выходе конвертера было больше выходного напряжения источника питания на величину VHR. Этот вариант управления выходным напряжением конвертера отличается предельной простотой, но он применим только для тех конвертеров Vicor, у которых напряжение встроенного опорного источника равно 1,23 В. Такую схему нельзя использовать для построения источников питания на базе конвертеров Vicor первого поколения (VI-200/VI-J00), у которых напряжение встроенного опорного источника равно 2,5 В. Все формулы, необходимые для расчета сопротивлений резисторов, нетрудно найти в технической документации на сайте компании Vicor [8].

DC/DC-конвертеры Vicor второго поколения [2] с выходными фильтрами MicroRAM способны параллельно работать на общую нагрузку в режиме Power Sharing, что может быть использовано для увеличения выходной мощности или резервирования системы электропитания. Рекомендуемая схема соединения модулей приведена на рис. 6. В такой системе питания один из DC/DC-конвертеров является управляющим (Driver). Этот модуль через встроенный двунаправленный порт, входом/выходом которого является вывод PR, синхронизирует работу всех остальных DC/DC-конвертеров (Booster). Импульсные трансформаторы, с помощью которых входы синхронизации модулей подключаются к общей двухпроводной линии связи, входят в число аксессуаров, поставляемых компанией Vicor (Part Number 29768).

Схема соединения нескольких DC/DC-конвертеров с выходными фильтрами MicroRAM

Рис. 6. Схема соединения нескольких DC/DC-конвертеров с выходными фильтрами MicroRAM для параллельной работы на общую нагрузку

Модули VI-RAM выпускаются в корпусе Quarter Brick («четверть полкирпича») с габаритными размерами 57,9×36,8×12,7 мм (рис. 1б).

Заключение

На этом мы завершаем цикл обзорных статей о наиболее популярных модулях компании Vicor, но мы не прощаемся с читателями надолго. В будущих выпусках журнала «Компоненты и технологии» мы обязательно снова вернемся к этой теме и расскажем о новейших достижениях компании Vicor и ее дочерней компании Picor в области разработки и производства электронных компонентов для построения высокоэффективных малогабаритных источников электропитания с высокими эксплуатационными характеристиками.

Литература

  1. Белотуров В., Иванов Д., Кривченко И. Построение источников питания на базе модулей компании Vicor // Компоненты и технологии. 2011. № 12.
  2. Белотуров В., Иванов Д., Кривченко И. DC/DC-конвертеры Vicor второго поколения // Компоненты и технологии. 2012. № 1.
  3. Белотуров В., Иванов Д., Кривченко И. AC/DC-модули компании Vicor // Компоненты и технологии. 2012. № 4.
  4. Белотуров В., Иванов Д., Кривченко И. AC/DC-конвертеры Vicor с коррекцией коэффициента мощности // Компоненты и технологии. 2012. № 6.
  5. Белотуров В., Иванов Д., Кривченко И. Модули Vicor семейства FIAM // Компоненты и технологии. 2012. № 7.
  6. Белотуров В., Иванов Д., Кривченко И. Распределенные системы электропитания на базе модулей IBC компании Vicor // Компоненты и технологии. 2012. № 8.
  7. Белотуров В., Иванов Д., Кривченко И. DC/DC-конвертеры семейства Cool-Power // Компоненты и технологии. 2012. № 9.
  8. http://www.vicorpower.com

Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке