wersja mobilna
Online: 430 Poniedziałek, 2016.09.26

Raporty

Polscy producenci i dystrybutorzy przetwornic DC-DC małej mocy

środa, 27 grudnia 2006 13:05

Wraz z tym, jak konieczne jest dostarczanie wielu napięć do nowoczesnych urządzeń elektronicznych, ich układy zasilające stają się coraz bardziej skomplikowane. Dotyczy to zarówno napięć najmniejszych – poniżej 2V, jakimi zasila się szybkie układy cyfrowe, przez napięcia o wartościach średnich, czyli 5-12V, przeznaczone do układów analogowych, po napięcia z zakresu 24-48V, które są charakterystyczne dla przemysłu oraz telekomunikacji.

Spis treści » Czy potrzebujesz wersji specjalizowanej?
» Właściwości konwerterów
» Wiele funkcji tworzy markę
» Pokaż wszystko

Jednocześnie rosną wymagania dotyczące jakości dostarczanych napięć, sprawności konwersji i miejsca, które można przeznaczyć w obudowie na zasilacz. Ponadto coraz mniej firm chce samodzielnie konstruować systemy zasilające, gdyż taniej i szybciej jest skorzystać z dostępnych na rynku zasilaczy katalogowych - nie istnieje wtedy ryzyko związane z tworzeniem nowego projektu układu zasilającego. Wszystko to sprawia, że tworzy się sprzyjający klimat do rozwoju rynku modułowych przetwornic, które dla konstruktorów stały się, niczym klocki lego, elementarnymi podzespołami zasilającymi.

Zasilacze modułowe są obecne na rynku od wielu lat, jednak zauważalny wzrost zainteresowania tymi komponentami wiąże się z upowszechnieniem architektury rozproszonych systemów zasilania. Zmiany w koncepcji dostarczania energii wywołał trend obniżania napięcia zasilania szybkich systemów cyfrowych.

Standardowa wartość 5V szybko zaczęła przeszkadzać w zwiększaniu gęstości upakowania układów i wzroście ich szybkości przetwarzania, więc została obniżona do 3,3V, potem do 2,7V, a obecnie najszybsze cyfrowe układy scalone zasilane są napięciem zbliżonym do 1,5V. Równocześnie w ramach jednego urządzenia cyfrowego konieczne było stosowanie układów zasilanych różnymi napięciami, co wynikało z możliwości komunikacji ze światem zewnętrznym oraz zapewnienia łączności pomiędzy poszczególnymi blokami logicznymi i modułami o różnej złożoności. Ponieważ w praktyce nigdy nie daje się zapewnić zasilania całego urządzenia napięciem o jednej wartości, tradycyjna architektura z scentralizowanym zasilaczem przestała być wygodna.

Drugim problemem technicznym stał się wzrost prądu pobieranego przez układy cyfrowe. Obniżanie napięcia zasilania wywołało automatyczny wzrost natężenia, które dla najbardziej złożonych układów scalonych sięga kilkudziesięciu, a nawet stu amper.

Tak dużych wartości nie da się przesłać za pomocą długich i cienkich ścieżek miedzi na laminacie, dlatego architektura zasilania rozproszonego, w której zasilacz umieszczony jest w bezpośrednim sąsiedztwie zasilanego obwodu, jest jedynym sensownym wyjściem. Im mniejsze napięcie zasilania tym 5-procentowa tolerancja dopuszczalnych wahań wyrażona w woltach jest również mniejsza, a więc spadki napięcia na ścieżkach, przerzuty, tętnienia i zakłócenia nakładające się na zasilanie, są coraz groźniejsze.

Oznacza to, że zapewnienie prawidłowego napięcia zasilania dla układów, w których pobór prądu zmienia się dynamicznie w zależności od aktualnego obciążenia, uwzględniającego spadki napięcia na ścieżkach, złączach i przewodach, staje się skomplikowanym zagadnieniem technicznym.

Architektura rozproszonych systemów zasilania nie została wymyślona przez elektroników, gdyż w analogiczny sposób od wielu lat działa cały system energetyczny z liniami przesyłowymi i transformatorami dopasowującymi napięcie do lokalnych uwarunkowań. Dlatego przełomowym momentem dla rynku przetwornic DC-DC małej mocy było wykrystalizowanie się dwóch standardów systemów zasilających – POLA i DOSA.

Obie koncepcje ujednoliciły parametry elektryczne konwerterów i zdefiniowały ich konstrukcję mechaniczną, co pozwoliło wejść na rynek wielu producentom, także tym dalekowschodnim. Dostępność wielu źródeł zaopatrzenia przekonała do korzystania z modułowych przetwornic DC-DC wielu konstruktorów, którzy przestali obawiać się kłopotliwego związania z jednym producentem i stała się czynnikiem przyspieszającym wzrost rynku. Oprócz omówionych zastosowań, przetwornice są też dobrym narzędziem do zapewnienia zasilania w nietypowych sytuacjach.

Dotyczy to na przykład sytuacji, gdy należy zapewnić separację galwaniczną obwodu wejściowego, zasilić wyższym napięciem czujnik lub moduł nadajnika komunikacyjnego. Wysokie parametry techniczne i użytkowe tych konwerterów powodują, że dzisiaj łatwiej i lepiej jest dopasować konstruowany układ do współpracy z gotowym modułem, niż męczyć się z własnym projektem zasilacza. Wymierny zysk ekonomiczny z użycia własnego rozwiązania pojawia się dopiero przy produkcji wielkoseryjnej, co w warunkach krajowych nie jest zbyt częste.

 

Czy potrzebujesz wersji specjalizowanej?

Modułowa przetwornica DC-DC jest z założenia produktem uniwersalnym, ale na rynku dostępne są również produkty, które zostały ukierunkowane na konkretne aplikacje – np. w medycynie lub zastosowania w wojsku, przemyśle motoryzacji lub telekomunikacji. Podział ten wynika zarówno ze specyfikacji technicznej oraz z odpowiednich certyfikatów.

Przykładowo konwertery przeznaczone do pracy w urządzeniach telekomunikacyjnych dostosowane są do zasilania napięciem -48V, wersje wojskowe spełniają normy militarne, te przeznaczone dla medycyny charakteryzują się wysoką jakością izolacji galwanicznej, natomiast wersje przemysłowe pozwalają na pracę w szerokim zakresie temperatur. Wraz z przeznaczeniem zmieniają się obudowy i stopień odporności na wpływ środowiska, zabezpieczenia i podobne funkcje użytkowe.

Liczba parametrów określających właściwości konwerterów modułowych jest dość duża, co przekłada się na dużą liczbę pozycji w katalogach producentów. Warto zatem sprecyzować swoje wymagania dokładniej, nie tylko pod kątem poziomów napięć i mocy.

Typowe funkcje zabezpieczeń w przetwornicach DC-DC

Blokada działania przetwornicy przy zbyt niskim napięciu wejściowym - funkcja ta przede wszystkim chroni moduł zasilający przed przeciążeniem - im napięcie wejściowe jest mniejsze, tym pobierany prąd ze źródła jest większy. Zasilacz „stara się” utrzymać stałe napięcie wyjściowe tak długo jak się da, co może spowodować przeciążenie elementów mocy.

Działanie przetwornicy przy niskim napięciu wejściowym, a więc leżącym poniżej specyfikacji technicznej, może też być źródłem problemów przy wyłączaniu zasilania na skutek powstawania stanów nieustalonych.

Ograniczenie prądu wyjściowego to podstawowa funkcja zabezpieczająca zasilacz i odbiornik przed przeciążeniem w razie awarii. W przetwornicach o kilku wyjściach ograniczenie prądu może działać na każdym z wyjść osobno (wtedy przeciążenie jednego wyjścia nie powoduje zakłóceń w działaniu pozostałych) lub też być wspólne dla całego zasilacza.

W tym drugim przypadku przeciążenie jednego napięcia powoduje włączenie lub obniżenie wszystkich napięć. Istotny jest też sposób reakcji na przeciążenie, który może powodować wyłączenie zasilacza lub ograniczenie prądu według wielu charakterystyk.

Zabezpieczenie termiczne blokuje pracę konwertera w podwyższonej temperaturze, co zabezpiecza przed niekontrolowanymi warunkami środowiskowymi. Na pewno jest to opcja przydatna, o ile próg zadziałania jest ustawiony dostatecznie wysoko, np. w zakresie 75-100°C.

Zabezpieczenie nadnapięciowe chroni zasilacz przed pracą z napięciem wejściowym przekraczającym dopuszczalną wartość. Napięcie takie może się pojawić w wyniku pomyłki i złego podłączenia lub też na skutek uszkodzenia innych urządzeń, na przykład zasilacza wstępnego przy połączeniu kaskadowym. Mało który zasilacz jest odporny na takie przeciążenie, głównie z uwagi na ograniczoną wytrzymałość napięciową tranzystorów mocy.

Zabezpieczenie przed nieprawidłową polaryzacją – odwrotne podłączenie napięcia wejściowego, dołączenie do wyjścia konwertera akumulatora odwrotnie spolaryzowanego lub też o napięciu większym niż nominalne napięcie wyjściowe to przykłady sytuacji, w których może dojść do uszkodzenia na skutek błędnej polaryzacji. Zabezpieczenia tego typu są mniej popularne, jednak w niektórych aplikacjach, na przykład w sprzęcie zasilanym z baterii, mogą one być bardzo istotne.