Стандартный модуль питания для монтажа на печатной плате

   Практически любое функционально законченное электронное устройство имеет на входе источник вторичного электропитания (ИВЭП), который обеспечивает его электроэнергией необходимого качества и мощности.
   Бурное развитие элементной базы и технологии производства определяет постоянное совершенствование ИВЭП в направлении уменьшения габаритов и веса, повышения КПД, уменьшения наводимых и излучаемых помех, снижения пульсаций выходного напряжения и др. при условии сохранения или снижения цены.
   Современный рынок ИВЭП характеризуется постоянным появлением новых фирм-производителей и обострением конкуренции. Это заставляет фирмы выпускать различные типы как AC/DC, так и DC/DC преобразователей, мощностью от долей ватта до десятков киловатт, одно и многоканальные, в разных конструктивных исполнениях и адаптированных к работе в различных условиях эксплуатации. В результате номенклатура продукции фирм-производителей состоит из десятков типов и сотен типономиналов ИВЭП, при использовании которых потребитель имеет возможность спроектировать собственную систему электропитания, практически любой сложности и конфигурации.

Рис. 1. Упрощенная электрическая схема модулей

   В России в связи с улучшением экономической обстановки и некоторого роста промышленного производства прослеживаются те же закономерности — на рынок, кроме известных фирм, таких как Ericsson, Artesyn, Astec, Melcer, Lambda, Lucent Technologies, выходят новые: Huawei, Traco, FranMar, Minmax, Brandner и др., в основном дальневосточного происхождения. Отечественные производители ИВЭП также ежегодно увеличивают обьемы производства и продаж и постоянно расширяют ассортимент.
   Следует отметить, что развитие ИВЭП идет в сторону их стандартизации по электрическим, механическим, надежностным и конструктивным параметрам — они все более становятся похожими на традиционные электронные компоненты.
   Это позволяет покупателю иметь возможность в выборе компании-изготовителя, страховку от возможного сбоя в поставках ИВЭП (есть другие производители) и снижать цену на изделие (фирмы из-за конкуренции вынуждены снижать собственные затраты).
   Компания «ММП-Ирбис», основываясь на данных мирового и собственного маркетинга ИВЭП, разработала и освоила в серийном производстве несколько новых типов модулей питания на выходные мощности 1, 5, 6, 10 и 20 Вт.
   В статье представлен 10Вт-й источник питания, кратко даны его характеристики, схемотехника, особенности эксплуатации.
   Он относится к унифицированной серии и имеет многочисленные аналоги среди зарубежных модулей, например TEN10 (фирма Traco), BXA10 (Artesyn), DFC (Melcher), HG10 (Huawei) и др.
   Серия МП..10 модулей питания представляет собой одно- или двухканальные высокоэффективные 10Вт-е преобразователи, изготовленные с использованием технологии поверхностного монтажа на импортной элементной базе.
   Малые габариты и вес, высокая удельная мощность 750 Вт/дм3, внешнее выключение, низкопрофильный металлический корпус, гальваническая развязка, высокая стабильность выходного напряжения, защита от перегрузки и короткого замыкания, наличие защиты от перенапряжения позволяют использовать модули и как законченные устройства электропитания, и как составные части более сложных систем вторичного электропитания.
   Благодаря хорошим динамическим характеристикам блоки данной серии, кроме питания радиоэлектронной аппаратуры широкого назначения, могут быть использованы и для питания различных типов двигателей. Габаритные размеры, расположение выводов, входные и выходные характеристики совпадают с аналогичными модулями зарубежных производителей.
   На рис.1 приведена упрощенная электрическая схема модулей. Модули предназначены для работы в трех диапазонах входного напряжения: 9–18 В — МПА…, 18–36 В — МПВ…, 36–72 В — МПЕ… и имеют следующие выходные напряжения: 3,3; 5; 6; 9; 12; 15; 20; 24; 27; ±5; ±6; ±12; ±15. В табл. 1 и 2 приведены основные типовые параметры и характеристики модулей.

Таблица 1

Типовые выходные параметры

Точность установки выходного напряжения ±2%

Регулировка выходного напряжения ±5%

Нестабильность выходного напряжения от изменения входного напряжения ±0,30%

Нестабильность выходного напряжения от изменения тока нагрузки в пределах (0,1-1,0) I н мак ±0,50%

Коэффициент температурной нестабильности выходного напряжения ±0,1%/°С

Рабочая частота 250 кГц

Пульсации выходного напряжения <100 мВ

Порог срабатывания защиты по току 105-130%

Ограничение выходного напряжения 120-130%

Максимальная емкость нагрузки для выходного напряжения: 3,3 В и 5 В
12 В и 15 В
20 В, 24 В, 27 В 1000мкФ
200мкФ
100мкФ

Коэффициент полезного действия 83%

Таблица 2

Общие характеристики

Электрическая прочность изоляции 500 В

Сопротивление изоляции 20 МОм

Рабочая температура на корпусе -40 °С...+85 °С

Предельная температура окружающей среды -55 °С...+85 °С

Максимальный вес 30 г

Размеры корпуса 31,6 х 20,2 х 12,0 мм

Наработка на отказ 30 000 ч

   На рис. 2–4 приведены типовые зависимости входного тока как функции входного напряжения при максимальном токе нагрузки в нормальных условиях. На рис. 5–10 приведены типовые зависимости нагрузочной и перекрестной нестабильности выходных напряжений двухканальных модулей в нормальных условиях. На рис. 11 и 12 приведены типовые динамические характеристики одноканальных модулей. Рис. 13 показывает выход на режим модуля при подаче питания на рис. 14 — этот же процесс при включении модуля сигналом дистанционного управления.

Требования к первичному источнику

   Модули МПА (В, Е)10 должны подключаться к источнику напряжения с низким значением выходного импеданса. Индуктивный характер выходного импеданса может приводить к нестабильной работе модуля. Если индуктивность первичного источника превышает 4 мкГн, рекомендуется установка непосредственно на входе модуля электролитического конденсатора емкостью 33 мкФ с малой величиной ( не более 0,7) эквивалентного последовательного сопротивления на частоте 100 кГц.
   С целью расширения областей применения в модуле не установлен плавкий предохранитель, однако в интересах безопасности системы электропитания целесообразна установка внешнего предохранителя. Предохранитель должен быть быстродействующим и на ток не более 5А. В этом случае он обеспечивает также и защиту от ошибки в полярности входного напряжения.

Защита от перенапряжения на выходе модуля

   В модулях применена защита от перенапряжений на выходе ограничительного типа. Для этого используется стабилитрон, включенный параллельно выходным контактам модуля, таким образом, выходное напряжение никогда не превышает напряжения пробоя стабилитрона. В случае длительного нахождения в режиме функционирования защиты от перенапряжений стабилитрон выходит из строя, причем выбранный тип стабилитрона гарантирует его отказ в этом случае в виде короткого замыкания, что автоматически приводит к срабатыванию защиты от перегрузки и короткого замыкания на выходе.

Защита от перегрузки и короткого замыкания на выходе

   В модуле применена защита типа «Hiccup», то есь при увеличении тока нагрузки выше 1,1–1,3 максимального значения происходит снижение выходного напряжения модуля. При дальнейшем увеличении нагрузки схема выключается и происходит повторный запуск. Параметры цепи запуска обеспечивают гарантированный запуск модуля на заданную емкость нагрузки и вместе с тем допускают длительное (без ограничения) нахождение модуля в режиме короткого замыкания нагрузки.

Особенности теплового режима модуля

   Тепло, выделяемое компонентами модуля, передается через теплопроводный компаунд на металлический корпус, который рассеивает его в окружающее пространство в основном при помощи конвекции.
   Поэтому температура корпуса достаточно точно определяет температуру компонентов схемы.
   На рис. 15 приведены зависимости максимальной температуры корпуса в зависимости от рассеиваемой внутри модуля мощности и температуры окружающей среды для различных условий охлаждения модуля.
   На рис. 17 приведены типовые схемы включения одноканальных и двухканальных модулей. На рис. 16 приведены габаритные и установочные размеры модулей. Таблица 3 определяет функции контактов модуля.

Таблица 3

Одноканальный Двухканальный

Вывод Цепь

1 "+" вход

2 "-" вход

3 "+" выход

4 Регулировка

5 "-" выход

6 Выкл.

Вывод Цепь

1 "+" вход

2 "-" вход

3 "+" выход

4 Общий

5 "-" выход

6 Выкл.

Рис. 2. Входной ток как функция входного
напряжения при Iн=I н мак для модулей МПВ10

Рис. 3. Входной ток как функция входного напряжения при I н=I н мак для модулей МПА10
Рис. 7. Перекрестная нестабильность Uвых.1=f(IH2) при IH1=1,0А для модулей МПА (В, Е) 10АА
Рис. 11. Выходное напряжение при ступенчатом изменении нагрузки от 50% до 75% отI н мак. для одноканальных модулей

Рис. 4. Входной ток как функция входного напряженияпри I н=I н мак. для модулей МПЕ10
Рис. 8. Нагрузочная характеристика канала 1 при фиксированной нагрузке канала 2,1н2=0,51н2мак. для модулей МПА (В, Е)10ВВ, СС
Рис. 12. Выходное напряжение при ступенчатом изменениинагрузки от 50% до 25% от I н мак. для одноканальных модулей

Рис. 5. Нагрузочная характеристика канала 1 при фиксированной нагрузке канала 2, I н2=0,5 А для модулей МПА (В, Е)10АА
Рис. 9. Перекрестная нестабильность Uн1=f(Iн2) при фиксированной нагрузке канала 1 Iн1=Iн1мин. для модулей МПА (В,Е)10 ВВ, СС
Рис. 13. Установление выходного напряжения при включении модуля при Iн=0,8 I м мак. и Uвх.=Uвх. ном.

Рис. 6. Перекрестная нестабильность Uвых.1=f(Iн2) при Iн1=0,1А для модулей МПА (В, Е)10АА
Рис. 10. Перекрестная нестабильность Uн1=f(Iн2) при фиксированной нагрузке канала 1 I н1=Iн мак. для модулей МПА (В, Е)10ВВ, СС
Рис. 15. Зависимость максимальной температуры корпуса от рассеиваемой мощности и температуры окружающей среды для различных условий охлаждения модуля

Рис. 16. Габаритные и установочные размеры модулей

Рис. 17а. Типовая схема подключения одноканального 10-ваттного модуля питания, где: PU - источник питания; Rh - нагрузка; SA - любой механический контакт; Iвыкл. от 0,35 мА до 0,8 мА. Для увеличения выходного напряжения вывод "Per." соединить с выводом "-Uвых", для уменьшения - с выводом "+Uвых" Рис. 17а. Типовая схема подключения двухканального 10-ваттного модуля питания, где: PU - источник питания; Rh1, Rh2 - симметричные нагрузки; SA - любой механический контакт; Iвыкл. от 0,35 мА до 0,8 мА.