Высоконадежные 60-Вт гибридно-пленочные DC/DC-преобразователи напряжения для специальной аппаратуры
Для применения в аппаратуре специального назначения наземного и морского базирования, авиационной, ракетной и космической техники, а также других применений с повышенными требованиями к объему и высокой удельной мощности вторичного источника электропитания предлагаются DC/DC-преобразователи серии HMFR28.
Преобразователи напряжения выполнены по однотактной прямоходовой схеме c регулированием методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ) с постоянной рабочей частотой в диапазоне 300–500 кГц. Для регулирования применяются два контура обратной связи. Основной контур служит для стабилизации выходного напряжения, дополнительный контур с обратной связью по току дросселя используется для прямого регулирования амплитуды тока дросселя (первичной обмотки силового трансформатора) посредством сигнала ошибки. Этот метод регулирования позволяет уменьшить габариты. Такая структура обеспечивает малую нестабильность выходного напряжения по сети и нагрузки.
Для уменьшения габаритов основного электромагнитного компонента преобразователя – силового трансформатора, который определяет массогабаритные показатели и технические параметры всего устройства, применяется магнитомягкий феррит с малыми суммарными потерями мощности и незначительными габаритными размерами. В контуре обратной связи применяется трансформаторная развязка (без оптронов).
Размагничивание сердечника трансформатора осуществляется резонансным переключением. Используется резонансная цепь, состоящая из выходной емкости MOSFET, индуктивности рассеяния, а также всех основных паразитных компонентов схемы. Применение резонансного размагничивания трансформатора позволяет избавиться от элементов диссипативных схем RC—RCD-ограничителей, третьей размагничивающей обмотки силового трансформатора и восстановительного диода.
С целью максимизации КПД при работе в широком диапазоне токов нагрузки в схеме преобразователей серии HMFR28 с выходными напряжениями 3,3 и 5 В применяется режим синхронного выпрямления, при котором выходной выпрямитель выполняется на коммутируемых транзисторах MOSFET, управляемых контроллером. Это позволяет повысить КПД на несколько процентов при больших токах нагрузки и низком выходном напряжении. КПД модели с выходным напряжением 5 В достигает 89% (что зависит от условий применения). Энергетическая плотность модуля составляет 2892 Вт/дм3.
Диапазон входного напряжения преобразователей составляет 16–40 В; при этом допускается переходное отклонение входного напряжения до 50 В длительностью 1 с.
Пульсирующий входной ток снижается установленным на входе LC-фильтром. Для дополнительного подавления помех на входных линиях рекомендуется применение внешнего модуля фильтрации HMFH-461.
Набор сервисных функций обеспечивает работу устройств в составе комплексов радиоэлектронной аппаратуры и электронных приборов: управление внешним сигналом включения/выключения, защита от короткого замыкания, защита от пониженного входного напряжения, регулировка выходного напряжения.
В распределенных системах электропитания модули могут применяться в качестве формирователя промежуточной шины для модулей преобразователей напряжения типа POL (Point of Load), которые размещаются в непосредственной близости от питаемого функционального узла.
DC/DC-преобразователи выполнены по гибридно-пленочной технологии в герметичных стальных корпусах с монтажными фланцами и без монтажных фланцев с вертикальным расположением выводов (для монтажа в отверстия печатной платы).
Модули способны работать в условиях воздействия факторов внешней среды, к которым относятся вибрационная нагрузка, линейные перегрузки, механических удары, низкое давление газовой среды, повышенная влажность.
Конструкция и производственный процесс соответствуют требованиям общих технических условий GJB2438A–2002 к гибридным интегральным микросхемам (соответствует американскому стандарту MIL-PRF-38534 Hybrid Microcircuits, General Specification For).
Массо-объемные характеристики преобразователей HMFR28SR3-A и HMFR28S5-A, расположение выводов и их функциональное назначение идентичны параметрам модулей DVHE283R3S и DVHE2805S (VPT, США).
Основные технические характеристики DC/DC-преобразователей серии HMFR28:
- диапазон входного напряжения: 16–40 В (ном. значение: 28 В);
- выходные напряжения (рег.): 3,3 и 5 В;
- выходная мощность: 39,6 Вт (модель HMFR28S3R3), 60 Вт (модель HMFR28S5);
- КПД: 84% (модель HMFR28S3R3), 89% (HMFR28S5);
- фиксированная частота преобразования: 300–500 кГц;
- расчетное среднее значение времени наработки до отказа (MTBF): 2 250 000 ч (при температуре корпуса 25°C в стационарном наземном оборудовании);
- диапазон рабочих температур: – 55…125ºC;
- диапазон температур хранения: –65…150ºC;
- габаритные размеры корпуса: 54,4×29×10,96 мм (корпус без крепежных фланцев), 74×29×10,96 мм (корпус с крепежными фланцами);
- масса: 60 г (без фланцев), 65 г (с фланцами).