Modułowe miniaturowe przetwornice DC-DC to komponenty coraz szerzej wykorzystywane w projektach układów elektronicznych, z powodu stale zwiększającej się liczby napięć zasilających. 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 i interfejsy komunikacyjne zasilane są z kolei napięciem symetrycznym, np. ±12 V, natomiast drivery tranzystorów mocy potrzebują napięcia +15 V i –5 V. Wymaga to realizacji kilkustopniowej konwersji w obrębie jednego systemu lub nawet osobnej płytki drukowanej. Przetwornice DC-DC idealnie nadają się do tego celu.

Potrzebę ich stosowania zwiększa także wymóg zapewnienia bezpieczeństwa użytkowania, a więc konieczność separacji galwanicznej obwodów po to, aby nie dopuścić do porażenia oraz wyeliminować wpływ prądów upływu. Konwertery izolowane to nierzadko remedium na problemy z zakłóceniami, pozwalające na rozdzielenie masy na dwie części, 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 – R4

Firma Mornsun wprowadziła na rynek nową rodzinę izolowanych konwerterów DC-DC „R4” (A/B/E/F_T-1W) o stałym napięciu wyjściowym. 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 powierzchnię zajmowaną 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. Wraz z większą integracją poprawiono istotnie niezawodność konwerterów. Teraz spełniają one wymagania przemysłu motoryzacyjnego wg AEC-Q100 i pracują w zakresie temperatur od –40 do +125ºC.

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

Możliwość montażu rozpływowego

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 wielu konkurencyjnych produktów 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). To 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%, natomiast 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. Są umieszczone w obudowie modułowej typu DIP i przeznaczone do współpracy z siecią energetyczną. Są one wygodnym rozwiązaniem gotowym 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.

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

Z reguły takie aplikacje nie wymagają dostarczenia dużej mocy – te najmniejsze wymagają pojedynczych watów. Natomiast te bardziej złożone lub takie, gdzie trzeba sterować zaworami lub 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 trafia na różne rynki całego świata, gdzie napięcia sieci energetycznej są różne. 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. Producenci proponują więc rozwiązania, w których postawiono na kompletny brak problemów.

Parametry zasilaczy LD

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  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 lub 30 watów, przy poborze mocy bez obciążenia 0,1 W i przy szerokim zakresie temperatur pracy –40…+85ºC. Napięcia wyjściowe to 3,3–24 V, natomiast gwarantowana wytrzymałość izolacji 4 kVAC jest większa niż typowa wartość większości zasilaczy AC/DC (3 kVAC w II klasie izolacji). 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 mają wymiary 37× 24×18 mm, natomiast 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 (średni czas do wystąpienia awarii) rzędu 300 tys. h i podkreślana przez producenta bardzo mała emisja zaburzeń elektromagnetycznych.

Rys. 3. Typowy schemat aplikacyjny dla zasilaczy LD

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. Pozwalają 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 certyfikatów. Spełniają też najnowszą normę bezpieczeństwa EN62368.

Zapraszamy do zapoznania się z pełną ofertą produktów firmy MORNSUN dostępnych w katalogu Micros: kliknij tutaj.

Artykuł opublikowany w piśmie „Elektronik” 2020/09, s. 46-47.