DC/DC-конвертеры Vicor семейства VI Chip DCM

Введение

Компания Vicor, которая на протяжении всей своей истории уверенно входит в группу мировых лидеров в области разработки и производства DC/DC-конвертеров в модульном исполнении, не перестает удивлять инженеров — разработчиков систем электропитания своими новыми продуктами. В этой статье речь пойдет о новейших модулях семейства VI Chip DCM, серийный выпуск которых стартовал в 2015 году. Таким образом, мы продолжаем обзор продукции компании Vicor, начатый на страницах журнала «Компоненты и технологии» в 2011 году.

Сравнительная характеристика DC/DC-конвертеров Vicor трех поколений

В наших предыдущих публикациях мы рассказывали о DC/DC-конвертерах Vicor первого поколения [1], к которому относятся модули семейств VI‑200 и VI-J00, и о втором поколении DC/DC-конвертеров, к которому относятся семейства Maxi, Mini и Micro [2]. Конструкция этих конвертеров (рис. 1) широко известна под именем Brick, что буквально переводится с английского как «кирпич».

Рис. 1. DC/DC-конвертеры Vicor трех поколений:
а) VI 200;
б) VI-J00;
в) Maxi;
г) Mini;
д) Micro;
e) VI Chip DCM в корпусе 4623;
ж) VI Chip DCM корпусе 3623

Главными отличительными чертами такой конструкции является низкий профиль и металлическое основание, изолированное от электрических цепей конвертера. Такое металлическое основание не только придает модулю необходимую механическую прочность, но и служит теплоотводом для силовых компонентов конвертера. Благодаря своей конструкции и высоким для своего времени техническим характеристикам (табл. 1) Brick-конвертеры получили широкое распространение во всем мире. Они хорошо известны многим российским разработчикам электронной аппаратуры и успешно применяются ими для создания малогабаритных, надежных и высокоэффективных источников питания с выходной мощностью от нескольких десятков ватт до нескольких киловатт.

В отличие от DC/DC-конвертеров Vicor первого и второго поколений новые модули VI Chip DCM имеют принципиально иную конструкцию. Их изолированный корпус совсем не похож на «кирпич» (рис. 1), а внешне немного напоминает корпус DIP (Dual In-line Package). С той лишь разницей, что выводы расположены вдоль коротких сторон корпуса и не на равных расстояниях друг от друга.

Два варианта исполнения модулей (в корпусах 4623 и 3623) различаются размерами и максимальной выходной мощностью (табл. 1). Конвертеры в корпусе 4623 с габаритными размерами 47,9×22,8×7,3 мм могут иметь выходную мощность до 600 Вт, а в корпусе 3623 с габаритными размерами 38,7×22,8×7,3 мм — до 320 Вт. Плотность конвертируемой мощности достигает 76 Вт/см³, что является самым высоким показателем на мировом рынке электронных компонентов в классе полнофункциональных DC/DC-конвертеров в модульном исполнении — с изолированным выходом и стабилизированным выходным напряжением. По сравнению с DC/DC-конвертерами Vicor первого поколения плотность мощности у новых модулей выросла более чем в 20 раз, а по сравнению с модулями семейств Maxi, Mini и Micro — более чем в 10 раз. Кроме того, у новых модулей увеличились коэффициент полезного действия (до 93%) и максимальная рабочая температура (до +125 °C).

Состав семейства VI Chip DCM и требования к системе охлаждения

По состоянию на начало мая 2015 года в семейство VI Chip DCM входят 16 модулей DCM с рабочим температурным диапазоном от –40 до +125 °C и 10 модулей MDCM с рабочим температурным диапазоном от –50 до +125 °C. Электрические параметры модулей приведены в таблице 2. Подробное техническое описание каждого из модулей семейства можно найти на сайте компании Vicor [3].

Примечание. * 1. В скобках указаны допустимые пределы изменения входного напряжения.

** В скобках указаны допустимые пределы регулировки выходного напряжения.

Следует обратить внимание на то, что в технической документации производителя под рабочим температурным диапазоном понимаются допустимые пределы изменения температуры внутри модуля в процессе эксплуатации (Internal Operating Temperature), а не температура окружающей среды.

Это важное замечание, поскольку температура внутренних компонентов модуля семейства VI Chip DCM зависит не только от мощности, потребляемой его нагрузкой, и коэффициента полезного действия модуля, но и от условий его охлаждения, то есть от того, насколько эффективно и от каких частей корпуса модуля отводится тепло, выделяемое силовыми компонентами модуля.

На рис. 2 в качестве примера приведены графики температурного дерейтинга модуля DCM48AP120T320A50, которые показывают, что в области высоких рабочих температур максимальная выходная мощность модуля линейно снижается от номинального значения 320 Вт до нуля. Точка излома графика — температура, от которой начинается снижение максимальной выходной мощности модуля, — зависит от того, от какой части корпуса отводится тепло. Если охлаждать только верхнюю поверхность модуля, то дерейтинг начинается от +65 °C. Если отводить тепло не только от верхней поверхности, но и от выводов, дерейтинг начинается от +80 °C, а если от верхней поверхности, выводов и нижней поверхности корпуса — от +95 °C. Аналогичные графики для других модулей семейства VI Chip DCM можно найти на сайте компании Vicor [3].

Рис. 2. Графики температурного дерейтинга модуля

Приведенный выше пример показывает, что для получения высокой выходной мощности у модуля VI Chip DCM в широком рабочем температурном диапазоне нужно уже на самых ранних стадиях проектирования думать о конструкции системы охлаждения модуля.

Один из вариантов конструкции радиатора для модуля семейства VI Chip DCM показан на рис. 3. Радиатор состоит из двух частей, одна из них отводит тепло от нижней поверхности модуля, другая — от верхней.

Заключение

Начать практическую работу с модулем семейства VI Chip DCM мы рекомендуем с покупки оценочной платы, на которой уже смонтирован модуль с радиатором и всеми необходимыми внешними пассивными компонентами (рис. 3). В настоящее время такие платы разработаны для всех модулей семейства, и заказать их можно у официальных дистрибьюторов компании Vicor.

Рис. 3. Оценочная плата для модуля семейства VI Chip DCM

Данная статья не претендует на полное техническое описание DC/DC-конвертеров семейства VI Chip DCM. Авторам лишь хотелось привлечь внимание разработчиков систем электропитания к новым и, на наш взгляд, очень перспективным электронным компонентам. К сожалению, в настоящее время в мире пока еще не наработан практический опыт их применения. По мере поступления новой информации от фирмы-производителя, а также от инженеров — разработчиков источников электропитания электронной аппаратуры, мы будем информировать читателей журнала «Компоненты и технологии» о нюансах применения новых модулей.