Некоторые особенности выбора DC-DC конверторов, характеристики DC-DC конверторов компании c&d Technologies

Компоненты и технологии, № 8'2002

Некоторые особенности выбора DC/DC конверторов

характеристики DC/DC конверторов компании C&D Technologies

Роб Хилл

(C&D Technologies), Станислав Дидилев

sd@may.ru

Как правильно выбрать DC/DC конвертор?

При выборе конвертора DC/DC для конкретного приложения разработчикам бывает порой трудно выбрать подходящий прибор, в особенности сопоставить характеристики похожих приборов от различных производителей. Количество и полнота информации, приводимой в технической документации, иногда оставляет желать лучшего. Рассмотрим области, в которых особенно трудно провести сравнение.

Температурные характеристики и эффективность работы

Поскольку конверторы DC/DC являются устройствами с повышенным тепловыделением, их температурные характеристики очень важны при разработке устройств с распределенной архитектурой питания (Distributed Power Architecture), широко используемой при построении телекоммуникационных систем. Однако в некоторых случаях определение температурных характеристик становится не совсем очевидным. Основное затруднение состоит в различии между такими понятиями, как «рабочий диапазон температур» (operating range) и «специфицируемый диапазон температур» (specification range).

Специфицируемый диапазон температур определяет минимальную и максимальную температуру, при которой конвертор будет соответствовать основным заявленным характеристикам (например, выходной мощности и коэффициенту шума на выходе). Более широкий температурный диапазон, приводимый некоторыми производителями, на самом деле является полным температурным диапазоном, в котором конвертор остается работоспособным, ухудшая при этом свои характеристики.

Подобное различие может привести к весьма неприятным последствиям. Так, на некоторые конверторы заявлен температурный диапазон от -40 до 85 °С. На самом деле эти конверторы соответствуют спецификации только в температурном диапазоне от 0 до 70 °С. Спецификации не приводят данных, как будут себя вести конверторы в промежутках от -40 до 0 °С и от 70 до 85 °С. Коэффициент шума в этих областях может достигать значений, в два раза превышающих оговоренные в спецификации. Даже там, где информация предоставлена, уменьшение эффективности работы конвертора

при увеличении температуры может серьезно повлиять на работу разрабатываемого устройства. Например, если в технической документации указано, что конвертор с рабочим диапазоном температур от -25 до 75 °С теряет 3% КПД на градус при температуре больше 60 °С, то при максимальной температуре в 75 °С он сможет отдать в нагрузку всего половину указанной в документации мощности.

Внимательный анализ сносок и примечаний также очень важен. Можно с удивлением узнать, что конвертор обеспечивает заявленные максимальные характеристики только при наличии внешнего радиатора или иной теплоотводящей системы. Или, измерения коэффициента пульсаций либо коэффициента шума необходимо проводить при наличии дополнительных внешних компонентов.

Характеристики пайки конверторов для поверхностного монтажа

В случае с конверторами DC/DC для поверхностного монтажа особое внимание следует обратить на температуру пайки, указанную в технической документации. Обычная микросхема, предназначенная для поверхностного монтажа, должна выдерживать температуру выводов порядка 280 °С в соответствии со стандартом CECC00802 (пайка оплавлением). При подобных условиях пайки температура подложки с компонентами может достигать 300 °С. Между тем температура пайки большинства гибридных конверторов DC/DC для поверхностного монтажа, выполненных в корпусах из термопластика, значительно ниже. В результате разработчикам приходится значительно усложнять процесс сборки изделия, предусматривая раздельные технологические стадии установки и пайки отдельно для стандартных SMD-компонентов, и отдельно — для гибридных конверторов DC/DC. Подобный двухступенчатый процесс приводит к значительному увеличению времени сборки и увеличивает расходы производителей, тем самым сводя на нет все положительные факторы от использования «настоящих» SMD-компонентов.

Ошибки в указании соответствия стандартам безопасности

Стандарт безопасности UL1950 — один из важных стандартов, определяющий «технические требования по обеспечению безопасности использования телекоммуникационных и иных устройств, включающих в себя цепи питания с опасным для жизни на------www.finestreet.ru-----------------------

Компоненты и технологии, № 8'2002

пряжением». В случае с конверторами DC/DC, устанавливаемыми на печатную плату, требования этого стандарта чаще всего связывают с изоляцией между входом и выходом.

К сожалению, порой заявление соответствия устройства требованиям стандарта UL1950 не означает, что это соответствие правильно выполняется. Дело в том, что стандарт UL1950 оговаривает соответствие одному из четырех уровней изоляции: эксплуатационному (operational), основному (basic), дополнительному (supplementary) и усиленному (reinforced). Всего лишь несколько производителей указывают это в своих спецификациях.

В результате только некоторые инженеры-разработчики могут верно указать нужный UL. Подобные указания особенно важны в телекоммуникационной аппаратуре, обеспечивающей дополнительный или усиленный уровень изоляции.

Еще одна особенность стандарта UL1950 заключается в том, что все тестируемые образцы проверяются на соответствие требованиям стандарта в тех условиях, которые производитель заявил как рабочие (operating conditions). Это и естественно: устройство тестируется в тех условиях, в которых ему придется функционировать. Однако всегда полезно удостовериться в этом, потребовав копию соответствующего отчета об испытаниях у производителя (испытательные и сертификационные лаборатории не предоставляют подобные отчеты). Если производитель не может представить подобный отчет, это должно настораживать.

f £ Маркировка «CE» — так ли она ^ ^ необходима?

Некоторые затруднения у разработчиков продуктов, поставляемых на европейский рынок, вызывает маркировка «CE» (европейская маркировка, означающая соответствие изделия требованиям стандарта EN50081-1 — европейского стандарта по электромагнитной совместимости). Поскольку конверторы DC/DC являются переключающими устройствами, они могут служить потенциальным источником электромагнитных помех и, следовательно, должны проходить тестирование на электромагнитную совместимость и возможность маркировки «CE». Однако это утверждение, подчас поддерживаемое самими производителями, ошибочно. Дело в том, что как элементы схемы, не несущие самостоятельной функции в рамках устройства, конверторы DC/DC не рассматриваются соответствующими положениями по электромагнитной совместимости (EMC). Следовательно, такие устройства не подпадают под действие директивы 89/36/EEC, в соответствии с которой продукты должны иметь маркировку «CE». То есть неправильно маркировать конверторы DC/DC знаком «CE».

Вводящая в заблуждение терминология

Особенно осторожно нужно относиться к расплывчатой терминологии. Например, наиболее часто используемым выражением является «Разработано в соответствии с требованиями стандарта ХХХ (Designed to meet XXX standard)». Это всего лишь означает, что разработчик не провел официального те--------------------www.finestreet.ru -

стирования прибора, и, следовательно, не может гарантировать соответствие требованиям стандарта. Внимательно следует относиться и к обобщенным терминам типа «длитель-rniröQong-term), «мгновенный» (momentary) или «типовой» (typical).

Так какой же конвертор DC/DC выбрать?

Теперь, когда нам известны некоторые тонкости при выборе конверторов DC/DC, осталось всего лишь остановить свой выбор на конкретной модели.

Спектр предлагаемых на рынке конверторов DC/DC очень широк. Их выпускают такие производители, как Acute Power Inc., Astek, C&D Technologies, Cosel, ETA-USA, EOS, Franmar, Martek Power, Power One, Peak Electronics и TRACO Power. В данной статье мы ограничимся рассмотрением линейки продуктов от компании C&D Technologies.

Компания C&D Technologies является одним из мировых лидеров по производству и продаже систем для преобразования и хранения электрической энергии, включая промышленные аккумуляторы, системы резервного электропитания, электронные источники питания (преобразователи AC-DC и DC/DC) и компоненты для создания источников питания. В декабре 2000 года C&D Technologies приобрела компанию Newport Components Division (члена Newport Technology Group Limited), которая специализировалась на разработке и изготовлении конверторов DC/DC. Новое подразделение сохранило тематику Newport Components Division и получило название (C&D Technologies (NCL) (http:// www.cdncl.com).

В настоящее время C&D Technologies (NCL) выпускает широкую линейку конверторов DC/DC, параметры которых представлены в таблице 1.

Всю гамму конверторов DC/DC от C&D Technologies можно разделить на несколько категорий.

Конверторы DC/DC очень низкой мощности

Подобные конверторы представлены в основном семействами LME, HPR1XX, HPR4XX,

NKA, NKE, NMA, NMD, NME, NMF, NMJ, NMR, NMV, NTA, NTE, NTV.

Ключевой особенностью этой серии является сочетание одного из самых низких в промышленности уровня шумов (40-60 мВ в полосе шириной 20 МГц) и индустриального температурного диапазона (-40 ... +85 °С). Все изделия выполнены в хорошо знакомом для российских разработчиков конструктиве, используемом Traco. Компания Newport Components была первой, кто выпустил конвертор в таком конструктиве (серия NTA) в 1984 году.

Конверторы DC/DC малой мощности

Данные конверторы представлены семействами PWR11XX, PWR13XX, HL02R, NDL, NMH, NML, NMS, NMT, NDY, PWR12XX, HB04U, WP06R. Эти конверторы имеют расположение выводов по общепромышленному стандарту, а также работают в широком диапазоне температур. Кроме того, конверторы снабжены постоянной защитой от перенапряжения и короткого замыкания, а также защитой от перегрева. Некоторые модели обладают опцией удаленного включения-выключения.

Конверторы DC/DC средней мощности

Эти конверторы представлены следующими семействами: NPH105, WPC10R, NPH15S, WPN20R, NPH25S, VSX40, VKA50, VKA60, VKP60, VSX60, VKA75, VKA100, VKP100, VKA150. Особенностями данных серий являются высокая эффективность (до 89 %), наличие дополнительных опций регулировки частоты и выходного напряжения, опция внешнего отключения. Все конверторы имеют стандартную разводку и большинство из них сертифицировано по стандарту UL1950.

Компоненты и технологии, № 8'2002

Таблица1. DC-DC конверторы, выпускаемые компанией C&D Technologies

Серия Мощность (Вт) Изоляция (кВ пост. ) Выход Однополярный (S) Двуполярный (D) Два независимых (T) Входное напряжение (В пост. тока) Диапазон входных напряжений Выходное напряжение (В пост. тока) Корпус

LME 0.25 3.3, 5, 12 1 3.3, 5, 9, 12, 15 SIP4, DIP8

PWR59XX 0.5 0.75 Р, Б 5, 12, 15, 24 1 5, 9, 12, 15, 5±, 12±, 15± DIP24

HB01U 0.65 2,5 Р, Б 5, 12, 15, 24 1 5, 5±, 12, 12±, 15, 15± DIP24, SOIC24

HPR1XX 0.75 Р, Б 5, 12, 15, 24 1 5, 5±, 12, 12±, 15, 15± SIP7, DIP14,SOIC14

HPR4XX 0.75 Р, Б 5, 12, 15, 24 1 5, 5±, 12, 12±, 15, 15± SIP7

NKA 1 Р 3.3, 5, 12 1 5, 9, 12, 15 SIP7, DIP14

NKE 1 3, 3.3, 5, 12 1 3, 3.3, 5, 9, 12, 15 SIP4, DIP8

NMA 24V 48V 1 Р 24, 48 1 5, 9, 12, 15 SIP7, DIP14

NMA 5V 12V 1 Р 3.3, 5, 12 1 5, 9, 12, 15 SIP7, DIP14

NMD 1 5, 12 1 3.3, 5, 9, 12, 15 SIP7, DIP14

NME 24V 48V 1 24, 48 1 3.3, 5, 9, 12, 15 SIP4, DIP8

NME 5V 12V 1 3.3, 5, 12 1 3.3, 5, 9, 12, 15 SIP4, DIP8

NMF 1 5, 12, 24, 48 1 5, 9, 12, 13, 15 SIP7, DIP14

NMJ 1 5,2 Р 5, 12 1 5, 9, 12, 15 SIP7

NMR 1 5, 12 1 5, 12, 15 SIP7

NMV 24V 48V 1 Р, Б 24, 48 1 5, 9, 12, 15 SIP7, DIP14

NMV 5V 12V 1 Р, Б 5, 12 1 5, 9, 12, 15 SIP7, DIP14

NTA 1 Р 3.3, 5, 12 1 5, 9, 12, 15 SOIC18

NTE 1 3.3, 5, 12 1 3.3, 5, 9, 12, 15 SOIC14

NTV 1 Р 5, 12 1 5, 9, 12, 15 SOIC22

HL01R 1 0,5 Р, Б 5, 12, 15, 24 1 5, 5±, 12, 12±, 15, 15± DIP24, SOIC24

HL01U 1 0,5 Р, Б 5, 12, 15, 24 1 5, 5±, 12, 12±, 15, 15± DIP24, SOIC24

HPR10XX 1 Р, Б 5, 12, 15, 24 1 5, 5±, 12, 12±, 15, 15± SIP7

PWR13XX 1.5 4 Р, Б 5, 12, 15 1 5, 5±, 12, 12±, 15, 15± DIP24

PWR1726A/PWR1726A1 1.5 5 Р, Б 15 15± DIP 32

PWR11XX 1.5 0.5 Р, Б 5, 12, 15, 24 1 5, 9,12, 15,12±, 15± DIP24

PWR60XX 1.8 Р, Б 5, 12, 15, 24 1 5, 12±, 15± 2x1

NDL 2 5, 12, 24, 48 5, 9, 12, 15 SIP8

NMH 2 Р 5, 12, 24, 48 1 5, 9, 12, 15 SIP7, DIP14

NML 2 5, 12 1 5, 9, 12, 15 SIP4

NMS 2 6 Р 5, 12 1 5, 9, 12, 15 DIP24

HL02R 2 0,5 Р, Б 5, 12, 15, 24 1 5, 12, 12±, 15, 15± DIP24, SOIC24

HL02U 2 0,5 Р, Б 5, 12, 15, 24 1 5, 5±, 12, 12±, 15, 15± DIP24, SOIC24

WFC02R 2 1.5 Р, Б 12, 24, 48 5, 5±, 12, 12±, 15, 15± 1,27x0,805

LP02U 2,25 0,5 5, 12 1 9 DIP24

PWR12XX 3 0.5 Р, Б 5, 12, 15, 24 1 5, 5±, 9,12, 15,12±, 15± DIP24

PWR70 3 2 Р 15 2 15± 1,125x1 ,125

NDY 3 5, 12, 24, 48 2 5, 9, 12, 15 DIP24

NDY низковольтные 3 24, 48 2 3.3 DIP24

NMT 3 Трехполярный 5, 12 1 -24 & -48 & -72 SIP8

HPR2XX 3 0,75 Р (4 канала) 5, 12, 15, 24 1 5±, 5.2±, 12±, 15± SIP20

WPC03R 3 Р, Б 12, 24, 48 2 5, 5±, 12, 12±, 15, 15± 1,27x0,805

HB04U 4 Р, Б 5, 12, 15, 24 1 5, 5±, 12, 12±, 15, 15± 2x1

PWR40XX 4 Р, Б 5, 12, 15, 24 1 7, 15±, 18± 1,125x1,125

HPR7XX 5 0,5 Р, Б 5, 12, 15 1 5, 5±, 12±, 15± SIP20

WP05R 5 0,5 Р, Б 24, 48 2 3.3, 3.3±, 5, 5±, 12, 12±, 15, 15± 2x1

PWR1546A 5 0.75 Р 5 15± 2x2

WP06R 6 1.5 Р, Б 12, 24, 48 2:1 5, 5±, 12, 12±, 15, 15± 1,2x0,78

PWR51XX 9 0.75 Р 5 12±, 15± 2x2

NPH10S 10 1.5 24, 48 2 1 3.3, 5, 12, 15 1.25x1

WPC10R 10 1.5 Р, Б 24, 48 2 1 3.3, 5, 5±, 12, 12±, 15, 15± 2x1

NPH15S 15 1.5 24, 48 2 1 3.3, 5, 12, 15 2x1

6-PAK (неизолированный каскадируемый конвертор) 20 n/a 5 1:1 1.8, 2.5, 3.3, 3.6 SIP20

SS26 20 n/a 5 1 1 1.8, 2.5, 3.3 SIP20

WPN20R 20 1.5 Р, Б 12, 24, 48 2 1 3.3, 5, 5±, 12, 12±, 15, 15± 1,99x1,59

NPH25S 25 1.5 24, 48 2 1 3.3, 5, 12, 15 2x1.4

MM-34 33 n/a 5 1:1 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 2x1.5

VSX40 40 1.5 Р 48 2 2.5, 3.3 2.3x 1.5

VSX50 50 1.5 2 независимых 48 2 2.5, 3,3 2,3x 1,5

VKA50 50 1.5 24, 48 2 3.3, 5, 12, 15, 24 2.4x2.28

IHB60S 60 1.5 24, 48 2 3.3, 5 2.3x2.4

IHB60T 60 1.5 3 независимых 24, 48 2 3.3, 5, 12±, 15± 2.3x2.4

VKA60 60 1.5 24, 48 2 3.3, 5, 12, 15, 24 2.3x2.4

VKP60XT 60 1.5 Р, 3 независимых 24, 48 2 3, 5, 12, 12±, 15, 15± 2.3x2.4

VSX60 60 1.5 Р 24, 48 2 3.3, 5 2.3x 1.5

VKA75 75 1.5 24, 48 2 2, 3.3, 5, 12, 15, 24 2.3x2.4

VSX75 75 1.5 2 независимых 36, 72 2 3.3, 5 2,3x 1,5

IHB100S 100 1.5 Б 48 2 3.3, 5 2.32x2.42

IHB100T 100 1.5 3 независимых 48 2 3.3, 5, 12±, 15± 2.32x2.42

VKA100 100 1.5 Б 24, 48 2 2, 2.5, 3.3, 5, 12, 15, 24 2.3x2.4

VKP100xT 100 1.5 3 независимых 24, 48 2 3, 5, 12, 12±, 15, 15± 2.32x2.42

VKA150MS 150 1.5 Б 48 2 5, 12 2.3x2.4

DNX301 300 n/a 4 независимых 48 2 5, 12, 15, 24 9x4.85x2

cPCI350DC 350 n/a 4 независимых 36, 72 2 3.3, 5, 12 6Ux8HP

DNX350 350 n/a 1- 4 независимых 36, 72 2 5, 12, 15, 24 9x4.85x2

cPCI500DC 500 n/a 4 независимых 36, 48, 72 2 3.3, 5, 12, 12± 6Ux4HP

PCI500-4D 500 n/a 3 независимых 36, 72 2 3, 5, 12 4.48x5.08x12.27

76

- www.finestreet.ru -

Компоненты и технологии, № 8'2002

Таблица2. Источники питания и импульсные выпрямители, выпускаемые C&D Technologies

Преобразователи DC/DC большой мощности

Подобные приборы используются в основном в качестве источников вторичного электропитания. Они представлены следующими сериями: DNX301, DNX350, CPCI350DC, PCI500-4X. Две последние серии предназначены для работы в системах Compact PCI и обеспечивают все необходимые для работы этих систем напряжения.

Рис. 5. Серия HB04U

Среди вышеупомянутых конверторов особо следует отметить такие подгруппы, как конверторы с высокой изоляцией между входом и выходом (до 8 кВ) — серий NMJ, NMS, Ш04Ц а также конверторы для поверхностного монтажа (серии HPR1XX, NTA,

NTV, HL02R), выполненные по технологии производства микросхем (монтаж на рамке), что обеспечивает компланарность выводов ±0,1 мм.

Помимо конверторов DC/DC компания C&D Technologies выпускает широкий спектр источников питания от сети переменного тока мощностью до 2 кВт (серии NX301, NX350, PX400, PX401, PX402, SX400, SX500, PX500, PCI500-4A, KX750, TX1000, TXD2000) а также импульсных выпрямителей (серии RM4875, RM4830, RM4850, RM24150). Параметры данных устройств приведены в таблице 2.

----------------------www.finestreet.ru -

Название Тип Мощность (Вт) Входное напряжение (В) Выходное напряжение (В) Корпус

KT750 AC/DC 525, 550, 575, 600, 625, 650, 675, 700, 725, 750 90 - 264 VAC 3.3 12”х5”х2”

KX500 AC/DC 425, 450, 475, 500 120 VAC, 240 VAC 5, 12, 15, 24 10”х5”х2”

KX750 AC/DC 525, 550, 575, 600, 625, 650, 675, 700, 725, 750 120 VAC, 240 VAC 5, 12 12”х5”х2”

NT301 AC/DC 225, 250, 275, 300 90 - 264 VAC 3.3, 5, 12, 15, 24 9”х4.85”х2.00”

NT350 AC/DC 250, 275, 300, 325, 350 90 - 264 VAC 3.3, 5, 12, 15, 24 9”х4.85”х2.00”

NX301 AC/DC 225, 250, 275, 300 120 VAC, 240 VAC 5, 12, 15, 24 9”х4.85”х2.00”

NX350 AC/DC 250, 275, 300, 325, 350 120 VAC, 240 VAC 5, 12, 15, 24 9”х4.85”х2.00”

PCI500-4A AC/DC 425, 450, 475, 500 90 - 264 VAC 3, 5, 12 5.08”х12.27”х4.48”

PT400/402 AC/DC 375, 400 90 - 264 VAC 3, 5, 5.2, 12, 15, 24 10”х4.85”х2.19”

PT401/403 AC/DC 375, 400 90 - 264 VAC 3, 5, 5.2, 12, 15, 24 10”х4.85”х2.19”

PT500 AC/DC 425, 450, 475, 500 90 - 264 VAC 3.3, 5, 5.2, 12, 15, 24 10”х4.85”х2.19” + дополнит. вентилятор

PX400/402 AC/DC 375, 400 120 VAC, 240 VAC 5, 12, 15, 17 10”х4.85”х2.19”

PX401/403 AC/DC 375, 400 120 VAC, 240 VAC 3.3, 5, 5.2, 12, 15, 17, 24 10”х4.85”х2.19”

PX500 AC/DC 425, 450, 475, 500 120 VAC, 240 VAC 5, 5.2, 12, 15, 24 10”х4.85”х2.19”

SX400 AC/DC 325, 350, 375, 400 120 VAC, 240 VAC 24, 28, 36, 48 10”х4.85”х2.19” + дополнит. вентилятор

SX500 AC/DC 425, 450, 475, 500 120 VAC, 240 VAC 24, 28, 36, 48 10”х4.85”х2.19” + дополнит. вентилятор

TX1000 AC/DC 775, 800, 825, 850, 875, 900, 925, 950, 975, 1000 90 - 264 VAC 5, 12, 15, 18, 20, 24, 28, 36, 48 5”х4.88”х12”

TXD2000 AC/DC 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000 90 - 264 VAC 2.5, 3.3, 5, 12, 15, 18, 20, 24, 28, 36, 48 5”х8”х12”

Выпрямители

Название Тип Мощность (Вт) Входное напряжение (В) Выходное напряжение (В) Корпус

RM24150 Выпрямитель 4500 183 - 264 VAC 24 12.25"х23"х 15.25" возможен монтаж в стойку

RM487.5 Выпрямитель 450 106 - 264 VAC 48 2.4"х4.75"х11" возможен монтаж в стойку

RM4830 Выпрямитель 1800 106 - 264 VAC 48 8.75"х3.35"х15.55" возможен монтаж в стойку

RM4850 Выпрямитель 3000 176 - 264 VAC 48 12.25"х5"х15.25" возможен монтаж в стойку

Дополнительную информацию по продукции C&D Technologies вы можете получить на сайтах www.cdncl.com,www.cdpowerelectronics.com и www.semiconductor.ru.

При написании этого материала использовалась статья Роба Хилла (Rob Hill) «Cutting through the bullsh**. How to play the spec game when specifying DC/DC converters.» Newport Article. November 1999. Ref. NPA/033/A.

77