Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Среда, 22 января
 
 

Это интересно!

Ранее

Аккумуляция энергии без использования батарей во встраиваемых системах

В статье рассмотрена технология аккумуляции энергии, которая позволяет отказаться от применения батарей в качестве традиционного элемента питания. Показаны преимущества применения систем аккумуляции энергии в приложениях с длительным сроком службы и затруднительным доступом для обслуживания. Рассмотрен пример построения системы сбора энергии для сети беспроводных датчиков с применением микроконтроллера с ультранизким потреблением и РЧ-трансивера компании Texas Instruments. Статья представляет собой перевод [1].

Технологии силовой электроники для снижения энергопотребления

В статье рассмотрены технологии производства силовых приборов с уменьшенными потерями, что позволяет повысить энергоэффективность преобразователей на их основе. Рассмотрены кремниевые и карбид-кремниевые дискретные силовые компоненты. Приведены табличные и графические экспериментальные и расчетные данные.

Современные высоковольтные драйверы MOSFET- и IGBT-транзисторов International Rectifier

В статье рассматриваются высоковольтные драйверы MOSFET- и IGBT-транзисторов, изготовленные по новой технологии G5 HVIC (Generation 5 High Voltage Integrated Circuit).

 

7 декабря

DC/DC-преобразователи PEAK для экономичных и портативных приборов

Задача энергосбережения становится все более актуальной в связи с увеличением стоимости получения электроэнергии, ограниченностью природных ресурсов и ростом энергопотребления. Один из вариантов решения этой задачи — увеличивать КПД электронных устройств или выключать неиспользуемые в текущий момент блоки и устройства, управляя их электропитанием. Компания Peak Electronics предлагает DC/DC-преобразователи с высоким КПД 97% или модули мощностью 1…75 Вт с функцией дистанционного включения/выключения.



М

ногие высокоразвитые страны мира, озабоченные неэффективным энергопотреблением, приняли соответствующие стандарты — EuP (Energy Using Product) в Европе; EISA (Energy Independence and Security Act) в США; KEMCO в Южной Корее; MEPS (Minimum Energy Performance Standards) в Австралии и Новой Зеландии. В частности, в директиве EuP речь идет о повышении КПД и снижении энергопотребления таких устройств и систем как освещение зданий, приставки к ТВ-приемникам (set-top-boxes), внешние источники питания, бытовые стиральные и посудомоечные машины, бытовые и промышленные холодильники и морозильники, электродвигатели, водяные насосы, вентиляторы, водонагреватели, телевизоры, кондиционеры, бойлеры, пылесосы и т.д. В ней разработаны принципы энергосбережения, технические ограничения, установлены сроки внедрения требований к новому оборудованию.
Энергосберегающие приборы, устройства и системы строятся на основе источников питания, преобразователей напряжения с высоким КПД, низким собственным энергопотреблением и функцией дистанционного включения/выключения.

Импульсные стабилизаторы с высоким КПД 96%

DC/DC-преобразователи с высоким КПД востребованы в портативных электронных приборах, устройствах с питанием от батарей, в системах распределенного питания в качестве POL-преобразователей (Point-of-Load — питание в точке нагрузки). Такими свойствами обладают импульсные стабилизаторы. Это преобразователи постоянного напряжения с широким и ультрашироким входом, стабилизированным выходным напряжением, без развязки вход/выход, реализованные в компактном корпусе для монтажа на печатную плату.
Компания Peak Electronics предлагает разработчикам и производителям электронной техники импульсные стабилизаторы серий PSR-78, PSR1-78 и PSRS-78 с выходным током 0,5 или 1 А в компактных корпусах типов SIP3 или SMD.
Импульсные стабилизаторы серий PSR-78xxLF и PSR1-78xxLF выпускаются в корпусах типа SIP3 (см. рис. 1) и полностью совместимы по расположению и назначению выводов с популярной серией линейных стабилизаторов 78xx: 1 — вход; 2 — общий; 3 — выход.

Рис. 1. Внешний вид импульсных стабилизаторов PSR

Основные параметры импульсных стабилизаторов серий PSR-78 и PSR1-78:
– выходной ток 500 мА (PSR-78xxLF) или 1000 мА (PSR1-78xxLF);
– ряд выходных напряжений 3,3…15 В (см. таблицу 1);
– широкий диапазон входного напряжения 4,75…32 В;
– точность установки выходного напряжения ±2% (типовое значение);
– нестабильность выходного напряжения ±0,2% при изменении входного напряжения во всем допустимом диапазоне U вх;
– нестабильность выходного напряжения ±0,4% при изменении нагрузки в диапазоне 10—100%;
– высокий КПД 80—95%;
– защита от короткого замыкания;
– широкий диапазон рабочих температур: –40…85°C.

Таблица 1. Варианты моделей импульсных стабилизаторов PSR-78 и PSR1-78 компании PEAK

Наименование*

Диапазон входного напряжения, В

Выходное напряжение, В

КПД при Uвх

мин,%

КПД при Uвх

макс,%

Импульсные стабилизаторы с выходным током 0,5 А, в корпусе SIP3 (11,5х 10,2x7,6 мм)

PSR-783R3LF

4,75... 28

3,3

90

80

PSR-7805LF

6,5...32

5,0

93

84

PSR-786.5LF

8...32

6,5

94

87

PSR-7809LF

11...32

9,0

95

91

PSR-7812LF

15...32

12

95

92

PSR-7815LF

18...32

15

95

93

Импульсные стабилизаторы с выходным током 1 А, вкорпусеSIP3 (11,5x17,5x8,9 мм)

PSR1-783R3LF

4,75... 28

3,3

90

83

PSR1-7805LF

6,5...32

5,0

93

88

PSR1-786R5LF

9...32

6,5

94

90

PSR1-7809LF

12...32

9

95

92

PSR1-7812LF

16...32

12

96

94

*Суффикс LF (Lead Free) означает бессвинцовое исполнение.


Модели преобразователей серий PSR-78, PSR1-78 отличаются выходным напряжением 3,3; 5; 6,5; 9; 12 или 15 В. Их варианты приведены в таблице 1.
Собственное потребление стабилизатора составляет максимум 7 мА при типовом значении 5 мА. Высокое значение КПД говорит о малых потерях при преобразовании, что позволяет разработчику прибора решить задачу отвода тепла без применения радиатора.
Преобразователи рассматриваемых серий являются не только экономичными, но и малогабаритными. Размеры корпусов импульсных стабилизаторов PSR-78 и PSR1-78 приведены в таблице 1.
Импульсные стабилизаторы имеют встроенную защиту от короткого замыкания и от перегрева. Цепь защиты от перегрева выключает модуль по достижению температуры 150°С внутри корпуса стабилизатора. Преобразователи этих серий могут выдавать выходной ток 500 или 1000 мА в диапазоне температур окружающей среды –40…71°С, а при повышении температуры от 71 до 85°С выходной ток снижается на 40% до 300 или 600 мА, соответственно.
Типовая схема включения импульсного стабилизатора PSR приведена на рисунке 2. Для лучшей фильтрации шумов и помех производитель рекомендует устанавливать керамические или танталовые конденсаторы С1 и С2 на входе и выходе преобразователя. Рекомендуемые параметры конденсаторов приведены в таблице на рисунке.

 

Серия

С1

С2

PSR-783R3LF, PSR-7805LF

10мкФ×50В

22 мкФ×10В

Остальные PSR-78

10мкФ×50В

10 мкф×25 В

PSR1-78xxLF

22 мкФ×50 В

100 мкф×25 В (электролит)

Рис. 2. Типовая схема включения импульсных стабилизаторов PSR-78 и PSR1-78

С помощью импульсных стабилизаторов PSR-78 можно получить отрицательное или двуполярное напряжение (см. рис. 3). Номиналы конденсаторов С1 и С2 те же, назначение конденсатора C3 аналогично C1, а С4 — C2.

                            а)

                            б)

Рис. 3. Схемы включения стабилизатора PSR-78: а) отрицательное напряжение на выходе; б) двуполярное напряжение

В программе поставок компании Peak Electronics имеются импульсные стабилизаторы в SMD-корпусах, это серия PSRS-78xxLF (см. рис. 4).

Рис. 4. Импульсный стабилизатор PSRS-78xxLF в SMD-корпусе

Основные параметры преобразователей серии PSRS-78xxLF:
– выходной ток 500 мА;
– ряд выходных напряжений 3,3…15 В (см. таблицу 2);
– подстройка выходного напряжения;
– дистанционное включение/выключение;
– широкий вход до 28 В;
– точность установки выходного напряжения ±2% (типовое значение);
– нестабильность выходного напряжения ±0,2% при изменении входного напряжения во всем допустимом диапазоне Uвх;
– нестабильность выходного напряжения ±0,3% при изменении нагрузки в диапазоне 10—100%;
– высокий КПД 90—96%;
– защита от короткого замыкания;
– широкий диапазон рабочих температур: –40…85°C.

Таблица 2. Варианты моделей импульсных стабилизаторов PSRS-78xxLF в SMD-корпусе с выходным током 500 мА

Наименование

Ubx,B

Uвых, В

Диапазон подстройки Uвых, В

КПД при Uвх макс,%

PSRS-783R3LF

4,5...28

3,3

1,8...5,5

90

PSRS-7805LF

6...28

5

2,5...8,0

94

PSRS-7812LF

14...28

12

4,5...13,5

95

PSRS-7815LF

17...28

15

4,5...15,5

96

Импульсные стабилизаторы PSRS-78xxLF работают в диапазоне температур –40…71°C без ограничения выходной мощности и не требуют дополнительного отвода тепла. Типовая схема включения PSRS-78xxLF приведена на рисунке 5.

Рис. 5. Типовая схема включения импульсного стабилизатора PSRS-78xxLF

Предложенную схему можно применять «как есть». Конденсаторы C1 и C4 выполняют роли входного и выходного фильтров, соответственно. Рекомендуемые параметры С1 = 10 мкФ×50 В, С4 = 22 мкФ×16 В для стабилизаторов с выходами 3,3 или 5 В и 10 мкФ×25 В для остальных моделей серии. К выводу управления 10 "ON/OFF" необходимо подключить конденсатор С2 = 100 нФ, а к выводу 6 "Vadj" — конденсатор C3 = 470 пФ. При таком номинале С2 включение модуля питания будет осуществляться с задержкой 64 мс. Для реализации другого времени задержки следует включить конденсатор соответствующей емкости, значение которой можно рассчитать по формуле

где t — время задержки; Iупр = 2,5 мкА; Uупр = 1,25 В.
Отличительными особенностями модулей PSRS-78 являются возможности дистанционного включения/выключения и подстройки выходного напряжения. Пример схемы включения PSRS-7805LF с цепями управления приведен на рисунке 6.
Конденсаторы C1 (10 мкФ×50 В) и C2 (22 мкФ×50 В) должны быть керамическими и размещаться на печатной плате как можно ближе к соответствующим выводам импульсного стабилизатора. Для лучшей фильтрации шумов рекомендуется включить на выходе LC-фильтр, состоящий из дросселя индуктивностью 10…48 мкГн и конденсатора C3 емкостью
100 мкФ. Цепь R1-R2 задает значение выходного напряжения стабилизатора, формулы для расчета сопротивлений этих резисторов приведены в фирменном описании (data sheet) изделия. Подключение конденсатора C5 = 470 пФ к выводу 6 "Vadj" необходимо в любом случае (см. рис. 5 и 6).

Рис. 6. Пример схемы включения PSRS-78 с цепями управления включением и установки Uвых

Управление включением/выключением стабилизатора можно выполнить с помощью микроконтроллера: затвор полевого транзистора (драйвера) подключается непосредственно к выходу микроконтроллера (см. врезку на рис. 6). Стабилизатор включается при подаче на вывод 10 "ON/OFF" напряжения 1,5…6 В и выключается при напряжении менее 1 В или соединении с корпусом GND. Потребление по цепи управления составляет 2 мкА. В выключенном состоянии основные цепи преобразователя PSRS-7805LF потребляют из входной цепи постоянного тока 15 мА.
Таким образом, серия PSRS-78 импульсных стабилизаторов в SMD-корпусах является более «продвинутой» по сравнению с версиями PSR-78 и PSR1-78, поскольку она реализует два энергосберегающих свойства: высокий КПД более 90% и дистанционное выключение питаемых цепей, когда те не работают.
Импульсные стабилизаторы PSR-78, PSR1-78 и PSRS-78 имеют высокий КПД, низкое собственное энергопотребление, не нуждаются в радиаторе, занимают мало места на плате, что определяет их основные области применения:
– устройства с батарейным питанием;
– цепи с нестабильным напряжением на шине постоянного тока;
– системы распределенного питания;
– малогабаритные устройства;
– цепи питания микроконтроллеров, микропроцессоров, ПЛИС.

DC/DC-преобразователи с дистанционным включением/выключением

Функция дистанционного включения/выключения позволяет перевести DC/DC-преобразователь и питаемые им цепи в режим ожидания, что позволяет сохранять электрическую энергию тогда, когда эти цепи не работают и не востребованы для функционирования оборудования в текущий момент.
Компания Peak Electronics предлагает широкий выбор DC/DC-преобразователей мощностью 1…75 Вт с дистанционным включением/выключением: список серий и основные электрические параметры таких модулей приведены в таблице 3.

Таблица 3. DC/DC-преобразователи PEAK с дистанционным включением/выключением

Серия

Pвых, Вт

Корпус

Варианты Uвх, В

Варианты Uвых, В

DC/DC-преобразователи без подстройки выходного напряжения

PC6NG

1

SIP8

4,5...9; 9...18; 18...36; 36...72

3,3; 5; 9; 12; 15; 24

PC10NG

2

PC14NG

3

P10RG

2

SIP9

9..36;18..72

3,3; 5; 12; 15

P14RG

3

P44TG-2:1

12

DIP24

9..18;18..36; 36..72

2,5; 3,3; 5; 12; 15; ±12; ±15

P44TG-4:1

9..36;18..72

3,3; 5,1; 12; 15; ±5; ±12; ±15

P15VG

15

1"×1"

PK15VG

9..18;18..36; 36..72

3,3; 5,1; 12; 15

PK20VG

20

DC/DC-преобразователи с подстройкой выходного напряжения

P48WG-2:1

20

2"×1"

9...18,18...36,36...72

3,3; 5; 12; 15; ±12; ±15

P48WG-4:1

9...36,18...75

PHxxYG

18...30

2"×1,6"

9...18,18...36,36...72

3,3; 5; 12; 15; 24; ±5; ±12; ±15

PHxxXG

23...40

2"×2"

9.18,18.36, 36...72,9...36,18...75

PHxxZG

33...75

3"×,6"

Особый интерес представляют популярные изделия мощностью 1, 2 или 3 Вт серий PC6NG, PC10NG и PC14NG соответственно. Эти преобразователи имеют следующие параметры:
– малогабаритный корпус типа SIP8;
– широкий вход 4,5…9; 9…18; 18…36 или 36…72 В;
– варианты выходного напряжения: 3,3; 5; 9; 12; 15 или 24 В, в зависимости от модели;
– электрическая прочность изоляции вход-выход 1 или 3 кВ;
– диапазон рабочих температур: –40…85ºС.
Особенностью этих маломощных DC/DC-преобразо­ва­те­лей является стабилизация выходного напряжения. Обычно у DC/DC-преобразователей мощностью 1…3 Вт нестабильность выходного напряжения составляет 10% от номинального значения, а модули серий PC6NG, PC10NG, PC14NG имеют нестабильность Uвых всего 1%. Это свойство позволяет применять данные модули для питания микропроцессорных систем и ПЛИС.
Типовая схема включения преобразователей PC6NG, PC10NG, PC14NG с дистанционным включением/выключением приведена на рисунке 7. Вывод Ctrl предназначен для дистанционного управления включением/выключением. Модуль включается, если подать на него напряжение в диапазоне 0…0,8 В, и выключается, если установить напряжение 5 В. Потребление тока по управляющему выводу составляет 5 мА. Реализовать схемотехнически эту функцию можно при помощи микроконтроллера или на трех дискретных элементах: резисторе R1, стабилитроне VD1, оптроне VT1 (показана только приемная часть оптрона). Цепь, состоящая из резистора и стабилитрона, необходима для получения напряжения величиной 5 В. Оптрон — гальванически развязанный ключ, который, в зависимости от своего состояния, либо подает напряжение 5 В на управляющий вывод DC/DC-преобразователя, либо нет. Рекомендуется применить в этой цепи популярные стабилитрон 1N4732A и оптрон H11A817A. Номинал резистора R1 можно рассчитать по формуле

где Uвх — входное напряжение преобразователя; Iстаб — ток стабилизации стабилитрона; Uстаб — напряжение стабилизации стабилитрона (5 В в нашем случае).
DC/DС-преобразователи серий PC10NG, PC14NG имеют «широкий» вход 2:1, а модули тех же мощностей 2 или 3 Вт серий P10RG, P14RG обладают «ультрашироким» входом 4:1, что более универсально, т.к. их можно применять в аппаратуре с двумя шинами питания: 12 и 24 В или 24 и 48 В постоянного тока. В преобразователях серий P44TG и P(K)15VG, PK20VG достигается достаточно высокая мощность 12, 15 или 20 Вт, соответственно, в стандартных весьма компактных для таких мощностей корпусах DIP24 или 1”×1”. В корпусе 2”×1” реализованы преобразователи мощностью не 15, а 20 Вт: это модули серии P48WG. Изделия PHxxYG, PHxxXG, PHxxZG — самые мощные в линейке поставок компании PEAK. Схемы дистанционного включения/выключения DC/DC-преобразователей PEAK (см. табл. 3) аналогичны схеме рисунка 7.

Рис. 7. Схема включения преобразователей PC6NG, PC10NG, PC14NG с дистанционным включением/выключением

Особенностью мощных модулей питания 20…75 Вт (см. табл. 3) является наличие дополнительного вывода trim (подстройка), который позволяет установить нестандартное значение выходного напряжения преобразователя. На рисунке 8 приведена типичная схема включения.

Рис. 8. Схема включения мощных DC/DC-преобразователей PEAK с дистанционным включением/выключением и подстройкой выходного напряжения

На входе мощного модуля питания рекомендуется поставить П-образный LC-фильтр для соответствия требованиям стандартов EN61000-4-4 (устойчивость к помехам от быстропротекающих переходных процессов) и EN61000-4-5 (устойчивость к броскам тока). Конкретные номиналы конденсаторов и индуктивности дросселя указаны для каждого типа модулей питания в фирменных описаниях. Резисторы R1 и R2 нужны для подстройки выходного напряжения, если эта функция используется в конкретном изделии.

Сайт catalog.compel.ru — эффективный инструмент для выбора DC/DC-преобразователей

Для быстрого поиска источников питания и DC/DC-преоб­разователей по заданным параметрам удобно воспользоваться сайтом catalog.compel.ru. На нем представлено большинство электронных компонентов, поставляемых компанией «Компэл». Для параметрического поиска сначала требуется выбрать тип нужного компонента. Например, для поиска импульсных стабилизаторов необходим следующий путь (см. в левой части главного окна): Источники питания → DC/DC → Импульс. стабилизаторы. На сайте появится окно с возможностью задания требуемых параметров. Выбрав выходной ток 0,5 А, можно получить список импульсных стабилизаторов именно с таким значением параметра. Щелкнув мышью наименование изделия, можно открыть страницу с его описанием на русском языке, ссылкой на фирменное описание, информацией о наличии на складе и цене компонента, в зависимости от количества. Кроме того, все указанные в статье вспомогательные компоненты можно найти на сайте и складе компании «Компэл».
Для параметрического поиска рекомендуется использовать программу для просмотра сайтов (обозреватель) Google Chrome. Работа в этом обозревателе ускоряет поиск в несколько раз. Для подробного ознакомления с возможностями поиска на catalog.compel.ru можно нажать кнопку «Помощь» в левой верхней части главной веб-страницы этого сайта.

Заключение

Компания Peak Electronics предлагает широкую линейку импульсных стабилизаторов и DC/DC-преобразователей с высоким КПД и дистанционным включением/выключением, с помощью которых можно реализовать современные электронные приборы с энергосберегающими свойствами в различных областях техники.



Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:

Автор: Сергей Кривандин, техн. руководитель группы «Источники питания»; Андрей Конопельченко, инженер-консультант, «Компэл»



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2020 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты