Ультракомпактные DC/DC-преобразователи серии СС-E с дистанционным управлением

Преобразователи напряжения CC-E мощностью 1,5…25 Вт

Серия, о которой идет речь, была впервые представлена разработчиками TDK-Lambda в 2006 г. В нее входил широкий ряд моделей 1,5…25 Вт с вариантами входа 5, 12, 24, 48 В и выходами на 3,3; 5; 12; 15 В, либо с двуполярными выходами +/–12 и +/–15 В. Линейка мощностей показана на рисунке 1, варианты серий — в таблице 1.

Основные параметры преобразователей серии CC-E:

– мощность 1,5…30 Вт;

– варианты входного напряжения: 4,5..9 (5 В); 9…18 (12 В); 18…36 (24 В); 36…76 (48 В);

– варианты выходного напряжения: 3,3; 5; 12; 15; ±12; ±15 В;

– диапазон регулировки выходного напряжения 3,15…3,6 В; 4,75…6,0 В; 11,4…15 В;

– защита от перегрузки — ограничение выходного тока с автовосстановлением;

– электрическая прочность изоляции «вход-выход» 500 В переменного тока;

– варианты корпусов: SIP, DIP, SMD;

– диапазон рабочих температур –40…85°C;

– дистанционная подстройка выходного напряжения;

– дистанционное включение/выключение.

Особенностью данных преобразователей является высокий КПД и ультра-компактность при низком профиле, что очень удобно при проектировании питания плат телекоммуникационного оборудования, цифровой обработки и передачи данных, а также плат промышленной автоматики, когда свободное место на плате очень ограничено. Преобразователи представляют собой незалитую конструкцию открытого исполнения с защитным металическим кожухом, обеспечивающим дополнительную механическую защиту (внешний вид модулей показан на рисунке 1).

Рис. 1. Внешний вид и линейка мощностей преобразователей серии СС-E

Рабочий температурный диапазон мини-модулей: –40…85°C, при этом они могут работать на полную нагрузку без снижения мощности и без принудительного охлаждения до 50°C. При 85°C выходная мощность модулей снижается до 40%. Чтобы преобразователь мог работать на полную мощность при 85°C достаточно внешнего воздушного потока в 1 м/с.

Первоначально вышедшая серия включает более 68 моделей. Все они являются изолированными преобразователями с выдерживаемым напряжением «вход-выход», «вход-корпус» и «выход-корпус» 500 В. КПД зависит от модели и достигает 90%. Для их запуска и работы не требуется минимальной нагрузки, а от перегрузки имеется защита: ограничение выходного тока с самовосстановлением, модели мощностью 15 и 25 Вт при срабатывании защиты отключаются. Выходное напряжение может быть подстроено вниз на 5% либо вверх на 5—10% в зависимости от модели. Подстройка осуществляется с помощью подбора внешних резисторов Rb или Ra, как показано на рисунке 2. Резистор Ra подстраивает напряжение вверх, а Rb — вниз. Номиналы необходимых сопротивлений легко рассчитываются по формуле, приведенной в инструкции по применению. Возможно дистанционное включение и отключение выходного напряжения.

Рис. 2. Подстройка выходного напряжения преобразователей CC-E с помощью внешнего резистора

Новые преобразователи напряжения 15 или 30 Вт с возможностью параллельного включения и сигнализацией аварии

Новые 32 модели мощностью 15 и 30 Вт (см. рис. 3, табл. 2) имеют те же функции, что и основная линейка: дистанционное включение/выключение, возможность последовательного соединения, температурный диапазон, защита от перенагрузки, исполнение для поверхностного или «сквозного» монтажа. В новых сериях отсутствуют модели с входными номиналами на 5 и 12 В, двуполярным выходом и подстройкой выходного напряжения.

Теперь о главных положительных отличиях. Преобразователи CC-E мощностью 15 или 30 Вт имеют защиту от перенапряжения, которая срабатывает на уровне 115—145% от выходного номинала. Кроме того, предусмотрена функция параллельного включения, для осуществления которой имеется специальный пин «PO». По этой причине есть небольшое дополнение в номенклатуре: полное общее название этой группы — СС-P-E. При параллельном включении выводы «PO» каждого модуля, максимальное количество которых — 10, соединяются между собой, и задействуется схема баланса тока. Этот же вывод дает возможность осуществлять еще одну полезную функцию — синхронизацию включения/выключения: могут одновременно запускаться или останавливаться до 20 модулей, выводы которых соединены между собой. Вывод «ALM» позволяет получить сигнал об аварийном состоянии выхода в условиях перенагрузки, перенапряжения или низкого напряжения. Соединение выводов можно видеть на примере, изображенном на рисунке 4. В новой серии доступны модели с напряжением пробоя 1500 В между входом и выходом.

Рис. 4. Пример параллельного включения двух модулей СС-P-E

Особенности топологии и конструкции DC/DC-преобразователей CC-P-E

C точки зрения топологии (см. рис. 5) модуль представляет собой преобразователь типа Forward, выполненный с применением активных ключей вместо обычных диодов. Схема задержки запускает контроллер на 20—50 мс позже, чем детектор напряжения распознает достаточный уровень напряжения на входе для обеспечения готовности всех цепей защиты. В стартовом режиме питание контроллера осуществляется за счет энергии, поступающей с входных клемм. Далее питание микросхемы управления и элементов цепей сигнализации обеспечивается дополнительным источником питания, снимающим импульсы со вторичной обмотки. Сигнал защиты по перенапряжению (OVP), по низкому напряжению (LVP), а также обратной связи в таком миниатюрном преобразователе снимается с той же обмотки. За счет синхронной наводки напряжения во вторичных обмотках также выполняется открытие/закрытие активных ключей. Применение миниатюрных MOSFET-транзисторов с низким соротивлением RDS(on) в качестве ключей также помогает повысить КПД: они обладают малым временем восстановления (около 28 нс), которое даже ниже, чем у диодов типа Super Fast. С шунта, включенного последовательно с транзистором, снимается токовый сигнал для обеспечения защиты по току (OСP). Магнитные компоненты имеют PCB-обмотки, расположенные на разных слоях многослойной печатной платы. Тонкие планарные сердечники типа «Е» имеют низкий показатель потоков рассеяния, что помогает уменьшить потери высокочастотной трансформации.

Все преобразователи серии СС-E отвечают стандарту RoHS, стандартам безопасности UL/CSA/ EN60950-1 и имеют знак CE в соответствии с директивой LV (Low Voltage). Преобразователи не имеют в своем составе электролитических или танталовых конденсаторов, что повышает срок их службы: данная серия имеет 5 лет гарантии.

Рис. 5. Блок-схема модулей СС-P-E