wersja mobilna
Online: 390 Czwartek, 2016.12.08

Technika

Przetwornice DC-DC firmy Mornsun - szeroki wybór, doskonałe parametry

środa, 30 marca 2016 11:42

Przetwornice DC-DC są coraz częściej wykorzystywane w aplikacjach profesjonalnych w motoryzacji, energetyce, aplikacjach transportu szynowego, telekomunikacji, w wojsku lub medycynie. Zapewniają one dużą funkcjonalność i niezawodność, zachowując przy tym niski poziom zaburzeń elektromagnetycznych i dużą sprawność. Nowoczesne przetwornice DC-DC są wyposażone w kompletne obwody zabezpieczeń przed przeciążeniem i stanami nieustalonymi.

Rys. 1. Konwertery R3 zapewniają większą sprawność przetwarzania zwłaszcza dla małych obciążeń

Asortyment konwerterów DC-DC firmy Mornsun obejmuje kilka wyraźnie rozdzielonych grup produktów:

  • przetwornice izolowane w obudowach SMD o małej mocy wyjściowej (1-3 W) - seria XT. Elementy te są dostępne dla typowych napięć wyjściowych z zakresu 3,3-48 V i napięć wejściowych z przedziału 3,3-24 V. Szeroki asortyment produktów w tej kategorii pozwala na dobranie praktycznie dowolnej kombinacji zasilania i wyjścia. Dostępne są też konwertery z wyjściem symetrycznym, przeznaczone głównie do zasilania układów analogowych ze wzmacniaczami operacyjnymi. Izolacja galwaniczna pomiędzy wejściem a wyjściem wytrzymuje 1,5-3 kV w zależności od wykonania. Ich wymiary zaczynają się od 15×8×7 mm (dla 1 W), po 12×11×7 mm dla wersji 3-watowej.
  • przetwornice izolowane w jednorzędowych obudowach do montażu przewlekanego SIP - serie LS i S. Są one dostępne dla podobnych kombinacji napięć wejściowych i wyjściowych, jak XT. Podobne są też pozostałe parametry, gdyż główna różnica kryje się w rodzaju zastosowanej obudowy.
  • przetwornice średniej mocy (6-30 W) opcjonalnie do montażu na szynie DIN - serie UR i VR. Pozwalają one na zasilanie napięciem stałym zmieniającym się w szerokich granicach, od 2:1, czyli 9-18 V, przez 4:1, a więc 9-36 V, po nawet 10:1, tj. 100-1000 V i są dostępne dla praktycznie każdej kombinacji typowych napięć wyjściowych.
  • nieizolowane przetwornice małej mocy w obudowach SIP - seria K78. Zostały one przygotowane, aby pełnić funkcję zamiennika dla tradycyjnych trójkońcówkowych stabilizatorów liniowych z serii 78xx w domenie impulsowej, zapewniając wysoką sprawność i funkcjonalność.
  • konwertery dużej mocy (ponad 40 W) - seria URF. Są to tzw. brick converters (cegiełkowe) zasilane napięciem zmieniającym się w zakresie 2:1 oraz 4:1 i dają napięcie wyjściowe: 12, 15 i 24 V. Przeznaczone są do zastosowań profesjonalnych.

W ramach każdej z wymienionych grup dostępnych jest kilka generacji tych jednostek: podstawowa oraz wersje rozszerzone zawierające w oznaczeniu symbole R2 lub R3 (trzeciej generacji).

Seria R2

W rodzinie przetwornic R2 (drugiej generacji) producent poprawił sprawność przetwarzania do 88-92% i właściwości w zakresie kompatybilności elektromagnetycznej tak, że spełniają wymagania przynależne do klasy A lub B. Znaczącej poprawie uległy też własności termiczne i w zakresie odporności na wyładowania ESD.

Seria R3

Konwertery zasilające DC-DC z oznaczeniem R3 firmy Mornsun to najnowsze jednostki, w których poprawiono większość parametrów odpowiedzialnych za sprawność konwersji w każdych warunkach (w stosunku do R2), rozbudowano obwody zabezpieczeń, zapewniając wysoką niezawodność działania, a także przebudowano sterownik, zapewniając dobre parametry dynamiczne.

Seria R3 pracuje w topologii przetwornicy zaporowej (flyback), niemniej w odróżnieniu od wielu podobnych rozwiązań istniejących na rynku wykorzystuje zmienną częstotliwość kluczowania po to, aby lepiej dopasować warunki pracy i stopnia mocy do aktualnego obciążenia przetwornicy. Zapewnia to dobre parametry takie jak szybki start, niski poziom generowanych zaburzeń elektromagnetycznych i wysoka sprawność.

Jest to istotne zwłaszcza przy niewielkim obciążeniu konwertera lub wręcz podczas pracy bez jakiegokolwiek obciążenia zacisków wyjściowych. Wówczas znaczne obniżenie częstotliwości przełączania jest w stanie zapewnić mały pobór prądu ze źródła. Takie warunki pracy są spotykane coraz częściej, zwłaszcza w aplikacjach przemysłowych, gdzie załączanie maszyn i urządzeń jest okresowe i trwa jedynie przez chwilę.

Zapewnienie wysokiej sprawności konwersji wymaga optymalizacji układowej poszczególnych stopni konwertera, a zwłaszcza tych, w których tracona jest największa moc, a więc tranzystor przełączający MOSFET, wyjściowy prostownik oraz kondensator filtrujący oraz oczywiście transformator impulsowy.

Optymalizacja konstrukcji transformatora, nowoczesne tranzystory mocy w stopniu przełączającym przetwornic oraz wykorzystanie prostownika synchronicznego to popularne zabiegi konstrukcyjne pozwalające poprawić znacząco sprawność. Widać to w danych technicznych - dla typowego zasilacza o mocy wyjściowej 10 W pobór mocy bez obciążenia (standby) wynosi 0,4 W.

Zasilacz z serii R3 pobiera 0,12 W, a więc ponad dwukrotnie mniej. Dla analogicznej jednostki 30-watowej (Uwe=24 V Uwy=5 V) średnia rynkowa mocy standby na dzisiaj to około 2,4 W, a dla jednostek R3 tylko 1,6 W. Lepsza sprawność konwersji przekłada się na mniejsze nagrzewanie konwertera podczas pracy, a więc także na niezawodność i zdolność do pracy w szerszym zakresie temperatur.

O ile przy zasilaniu z sieci ta różnica nie wydaje się warta uwagi, o tyle w złożonych systemach zasilających, gdzie wykorzystywane są akumulatory jako źródło energii, a także w systemach mieszanych np. z ogniwami fotowoltaicznymi, może to już przekładać się na znaczące wydłużenie czasu działania.

Doskonalszy sterownik wyróżnia R3

Fot. 2. Asortyment konwerterów DC-DC firmy Mornsun pozwala na dobór jednostki do praktycznie każdej aplikacji

Większa funkcjonalność sterownika zastosowanego w serii R3 zapewnia poprawę parametrów użytkowych. Przykładem może być krótki czas straty konwertera, a więc czas, jaki upływa od momentu, gdy pojawi się zasilanie na wejściu do chwili, gdy napięcie wyjściowe osiągnie wartość nominalną. Jest to parametr rzadko podawany w kartach katalogowych i traktowany wręcz jako mało istotny.

Tymczasem, gdy system zasilający opiera się na różnych źródłach energii, może on mieć duże znaczenie. Gdy zasilanie sieciowe zniknie, często dokonywane jest przełączenie zacisków wejściowych do akumulatora, agregatu prądotwórczego lub generatora na czas przełączenia energia niezbędna do działania gromadzona jest w wejściowym kondensatorze filtrującym, zatem im szybciej konwerter dołączony do niego jest w stanie rozpocząć pracę, tym może on mieć mniejszą pojemność lub dla zadanej pojemności czas na przełączenie staje się dłuższy.

Długi czas startu konwertera może też powodować problemy ze stanami nieustalonymi. Powstają one na skutek tego, że w złożonych instalacjach pojawiają się przeciążenia, bo pewne jednostki już działają, a inne jeszcze nie, co zmienia na chwilę rozpływ prądu w instalacji. Warto odnotować, że konwertery R3 firmy Mornsun startują w czasie wynoszącym typowo 1/10 tego, co spotyka się w innych rozwiązaniach.

W wartościach bezwzględnych jest to 17,8 ms vs. 212 ms. Co więcej, proces narastania napięcia wyjściowego jest płynny i nie zawiera przerzutów. Niestety, wiele przetwornic ma problem ze stabilnością pracy w tym okresie przejściowym i nierzadko napięcie wyjściowe przez moment jest wyższe od znamionowego, zwłaszcza gdy nie wiadomo, jaką stałą czasową mają elementy filtrujące dołączone do zacisków we-wy. Taki przerzut może być dużym zagrożeniem dla czułych obwodów cyfrowych.

Sterownik konwerterów R3 realizuje także komplet obwodów zabezpieczających pracę konwertera. Wydaje się to wprawdzie niczym nadzwyczajnym, bo zwykle każdy zasilacz czy przetwornica mają wbudowane zabezpieczenia, ale drobiazgowa analiza pokazuje, że nie zawsze mamy do czynienia z kompletem obwodów ochronnych, a jedynie wybranymi zabezpieczeniami.

Często też nie wszystkie serie konwerterów są jednakowo chronione. Te droższe tak, te bardziej popularne niestety nie. Zawsze zabezpieczenie dotyczy przeciążenia zacisków wyjściowych i zwarcia na wyjściu. Najrzadziej spotyka się ochronę przed zbyt niskim i zbyt wysokim napięciem na wejściu, co powinno prowadzić do blokady pracy konwertera.

Precyzyjnie działający sterownik i dopracowany w szczegółach stopień mocy konwerterów R3 zapewniają też niewielki poziom generowanych zaburzeń elektromagnetycznych. Jest to istotne, gdy przetwornice te zasilają czułe obwody wejściowe aparatury pomiarowej lub akwizycji danych. Seria R3 jest zgodna z EN55022 Class B, co też jest lepszym wynikiem w stosunku do rynkowej średniej, która zwykle zapewnia tylko klasę A w zakresie zaburzeń przewodzonych.

Micros
www.micros.com.pl