Przetwornice nowej generacji R4 w obudowie SiP i zasilacze modułowe

Przetwornice nowej generacji R4 w obudowie SiP i zasilacze modułowe

Modułowe miniaturowe przetwornice DC-DC to komponenty coraz szerzej wykorzystywane w projektach układów elektronicznych, bo liczba napięć zasilających cały czas się zwiększa. Wydajne układy mikroprocesorowe wymagają napięć 1,8–3,3 V, logika standardowa 5 V, elementy wykonawcze zasilane są napięciem 12–24 V itd. Układy analogowe, interfejsy komunikacyjne zasilane są napięciem symetrycznym, np. ±12 V, a drivery tranzystorów mocy potrzebują napięcia +15 V i –5 V, co wymaga realizacji kilkustopniowej konwersji w obrębie jednego systemu lub nawet płytki drukowanej. Przetwornice DC-DC idealnie się do tego nadają.

Potrzebę ich stosowania zwiększa także wymóg zapewnienia bezpieczeństwa użytkowania, a więc konieczność realizacji separacji galwanicznej obwodów po to, aby nie dopuścić do porażenia, wyeliminować wpływ prądów upływu. Konwertery izolowane to nierzadko remedium na problemy z zakłóceniami, pozwalające na rozdzielenie masy na dwie części, na zasilanie drivera połączonego z wysokim potencjałem sieci energetycznej i tak dalej. Ich zastosowań stale przybywa. Podział konwerterów DC-DC jest dość prosty, a linie podziału tworzą główne funkcjonalności:

• • konwertery izolowane lub nieizolowane,
• • ze stabilizacją napięcia wyjściowego lub bez stabilizacji (napięcie ustala przekładnia transformatora),
• • o jednym napięciu wyjściowym lub kilku napięciach (w tym wersje z wyjściem symetrycznym),
• • o stałym (ustalonym) napięciu wejściowym lub działającym w zakresie napięć (2:1…10:1).

Nowy innowacyjny produkt – konwertery R4

Firma Mornsun wprowadziła na rynek nową rodzinę izolowanych konwerterów DC-DC „R4” (A/B/E/F_T-1W) o stałym napięciu wejściowym. Komponenty te charakteryzują się bardzo zminiaturyzowaną konstrukcją. Całość obwodu elektronicznego i transformator zostały zamknięte w małej obudowie prostopadłościennej o wielkości zbliżonej do typowych obudów układów scalonych z kontaktami umieszczonymi na dolnej ściance, tak jak w obudowach DFN (9×7×3,1 mm – objętość 195 mm3). Pozwala to na ich bezproblemową integrację na płytkach drukowanych, obniżkę kosztów realizacji oraz daje większą swobodę projektowania. W porównaniu do konkurencyjnych i starszych rozwiązań, redukcja objętości obudowy w przypadku R4 sięga aż 80%, natomiast zajętość powierzchni na PCB obniżono o 50% – do 63 mm2. Tak duży stopień miniaturyzacji producent osiągnął dzięki zintegrowaniu transformatora z płytką podłożową oraz z podzespołami w ramach układu typu SiP (System in Package). Wraz z większą integracją poprawiono istotnie niezawodność konwerterów – spełniają one wymagania przemysłu motoryzacyjnego wg AEC-Q100 i pracują w zakresie temperatur od –40 do +125ºC.

Warto zauważyć, że obudowa DFN z kontaktami na spodzie przeznaczona jest do montażu automatycznego w procesie lutowania rozpływowego. Jest to kolejna ważna cecha wyróżniająca układy R4 w porównaniu do innych rozwiązań, gdyż wiele z produktów konkurencyjnych wymaga lutowania na fali, co jest droższe w produkcji. Konwertery są w pełni zabezpieczone przed zwarciem i przeciążeniem. Mają małą pojemność rozproszenia między wejściem a wyjściem (tylko 8 pF), co gwarantuje mały prąd upływu izolacji (o gwarantowanej wytrzymałości na przebicie 3 kVDC). Spełniają nową normę bezpieczeństwa IEC62368, ich sprawność konwersji typowo wynosi 85%, napięcie wejściowe to 5 V (4,5–5,5 V), szumy i tętnienia na wyjściu to 30 mVpp, stabilizacja napięcia w funkcji obciążenia 8%, a maksymalny prąd wyjściowy 200 mA (1 W). Pobór mocy bez obciążenia wynosi 35 mW, tj. znacznie mniej niż w produktach konkurencji. Producent zapowiada, że w najbliższych miesiącach wypuści na rynek kolejne warianty napięć we-wy.

Zasilacze LD

Zasilacze z serii LD to rozwiązania konwerterów z jednym napięciem wyjściowym umieszczonych w obudowie modułowej typu DIP i przeznaczone do współpracy z siecią energetyczną. Są one wygodnym rozwiązaniem gotowego do aplikacji zasilacza dla urządzeń małej mocy, np. sterowników automatyki domowej, sprzętu AGD, urządzeń komunikacyjnych i wielu innych. W każdym z takich miejsc trzeba zapewnić zasilanie dla mikrokontrolera, układów logiki, czujników i obwodów komunikacyjnych.

Z reguły takie aplikacje nie wymagają dostarczenia dużej mocy, te najmniejsze wymagają pojedynczych watów, te bardziej złożone lub takie, gdzie trzeba sterować zaworami, silnikami, potrzebują zasilania na poziomie kilkunastu watów. Od wszystkich takich jednostek zasilających wymaga się uniwersalności i niezawodności. Ta pierwsza wynika z tego, że duża część wymienionych produktów trafi a na różne rynki całego świata, gdzie napięcia sieci energetycznej są różne, a dodatkowo koszt serwisowania, transportu i obsługi przestoju może być bardzo wysoki. Zasilacz do takich celów musi być lepszy od całej reszty komponentów i absolutnie niezawodny, stąd producenci proponują rozwiązania, w których postawiono na kompletny brak problemów.

Zasilacze LD pracują z napięciem wejściowym w jednym z trzech zakresów: 85–305, 85–264 i 90–528 VAC. Ten ostatni jest tak szeroki, że umożliwia zasilanie aplikacji także napięciem międzyfazowym, a w rozwiązaniach tradycyjnych gwarantuje wyjątkowo dużą odporność na przepięcia. Moc wyjściowa w zależności od wersji wynosi 1, 3, 5, 10, 15, 20 i 30 watów, przy poborze mocy bez obciążenia 0,1 W i przy szerokim zakresie temperatur pracy –40…+85ºC. Napięcia wyjściowe to 3,3–24V, gwarantowana wytrzymałość izolacji 4 kVAC jest większa niż typowa wartość większości zasilaczy AC/DC (3 kVAC w II klasie izolacji), co poprawia bezpieczeństwo użytkowania i pozwala na zastosowanie konwerterów w sprzęcie medycznym (zgodność z normami EN60601, normą bezpieczeństwa EN62368). Wielkość obudowy zależy od mocy wyjściowej, dla najmniejszych (1–2 W) jest to 33×22×18 mm. Zasilacze 5–10 W 37× 24×18 mm, wersje 15-watowe zamknięto w obudowie 53×28×23 mm (waga 60 gramów). Maksymalny prąd wyjściowy zależy od wybranego napięcia i mocy zasilacza, z tym że jakość stabilizacji napięcia wyjściowego wynosi 2–3% w zależności od wersji. Uwagę zwraca duży MTBF rzędu 300 tys. h i podkreślana przez producenta bardzo mała emisja zaburzeń elektromagnetycznych.

Zasilacze przemysłowe w obudowie

Mornsun produkuje także zasilacze przemysłowe AC-DC w metalowych obudowach przeznaczonych do montażu w urządzeniu, szafie instalacyjnej lub na chassis. Ta rodzina produktów obejmuje kilkadziesiąt jednostek o mocy wyjściowej od 15 do 350 W i o napięciu wyjściowym z przedziału 5–48 VDC. Są to wytrzymałe rozwiązania działające niezawodnie w zakresie temperatur od –30 do 70ºC i pozwalające na zasilanie napięciem sieci w szerokim zakresie, typowo 85–264 VAC, ale są też modele z zakresem 120–430 VAC. Wiele modeli umożliwia ponadto zasilanie napięciem stałym. Zasilacze mają dużą sprawność przekraczającą 90%, izolację galwaniczną wytrzymującą 4 kVAC i legitymują się kompletem certyfi katów. Spełniają też najnowszą normę bezpieczeństwa EN62368.

Źródło:  "Elektronik" 2020/09, s. 46-47.

Rys. 1. Nowe konwertery DC-DC z serii R4 wyglądają po prostu jak chipy w obudowach DFN

Rys. 2. Modułowe zasilacze AC-DC małej mocy z serii LD to wygodne w aplikacji produkty o dużej niezawodności

Rys. 3. Typowy schemat aplikacyjny dla zasilaczy LD