Nieizolowane konwertery DC-DC Mornsun R3 - pewne zamienniki dla tradycyjnych rozwiązań

Rys. 1. Nowe konwertery z rodziny K78xx-500R3 oraz K78Lxx-500R3 (po prawej)

Użycie impulsowych konwerterów DC-DC zamiast popularnych trójkońcówkowych stabilizatorów liniowych pozwala też ograniczyć wzrost temperatury wewnątrz obudowy urządzenia i pozbyć się radiatorów, co jest konsekwencją wysokiej sprawności tych rozwiązań. W efekcie można usprawnić działanie i możliwość pracy w szerszym zakresie temperatur. Brak konieczności instalacji dodatkowych elementów chłodzących jest sporą zaletą.

W praktyce radiator zawsze jest problemem, bo trzeba jakoś go zamocować mechanicznie, połączyć cieplnie z obudową i co najważniejsze, sprawić, że to mocowanie i połączenie będzie skuteczne przez długi czas. Konwerter, którego rozwiązanie mechaniczne nie wymaga instalacji żadnego dodatkowego systemu rozpraszania ciepła, jest też wygodniejszą opcją dla konstruktorów.

Poza samymi niepotrzebnymi stratami energii, wzrost temperatury obudowy powoduje szereg dodatkowych problemów z bezpieczeństwem użytkowania, co jest ważne w zastosowaniach w górnictwie, instalacjach przetwórczych, w których występują palne gazy i podobnych zastosowaniach. W tych obszarach duży wzrost temperatur obudowy jest zawsze niepożądany.

Konwertery, o których mowa, pracują w szerokim zakresie dopuszczalnych napięć wejściowych od 4,75 do 36 V_DC, co w praktyce pozwala na zasilanie układu z dowolnego źródła (zasilacza niestabilizowanego, akumulatora buforowego) i mają sprawność aż 95% dzięki czemu nie wymagają żadnych radiatorów. Co więcej, moc pobierana przez konwerter bez obciążenia, tzw. moc standby, jest również bardzo niska - tylko 54 mW, co poprawia parametry zasilaczy buforowych. Zakres temperatur pracy jest bardzo szeroki i wynosi -40...+85°C.

Warto dostrzec, że czas odpowiedzi na zmianę obciążenia wynosi tylko 0,2 ms, stabilizacja napięcia wyjściowego jest pewna nawet w trudnych warunkach, gdy prąd wyjściowy zmienia się w szerokich granicach. Jest to istotne w przypadku zasilania elektroniki cyfrowej, gdyż wolny zasilacz w takim przypadku, a więc o długim czasie odpowiedzi, wywołuje powstawanie zapadów i przerzutów, które mogą zakłócać działanie mikrokontrolerów (aktywacja układu brown out reset).

Konwertery dostępne są w wielu wersjach dla wszystkich popularnych napięć wyjściowych, także ujemnych względem masy, co daje szansę na tworzenie zasilania symetrycznego. Obudowy typu DIP są zalewane, co zapewnia wysoką odporność środowiskową. Całkowicie zautomatyzowana produkcja zapewnia wysoką jakość i krótkie czasy dostaw.

Seria R3

Tabela 1. Porównanie rodzin konwerterów R3 i R2

Opisywane konwertery zaliczają się do nowej grupy produktów z R3 w oznaczeniu. To znak nowej serii, która w stosunku do poprzedniej R2 charakteryzuje się lepszymi parametrami. Jednostki te wyróżniają się niskim poborem mocy w stanie bez obciążenia i jednocześnie dużą sprawnością przy niewielkim obciążeniu oraz w pełnym zakresie napięć wejściowych.

Konwertery te pracują z napięciem wejściowym zmieniającym się w bardzo szerokim zakresie. Przetwornice pracują stabilnie z obciążeniem o charakterze pojemnościowym i mają w pełni zabezpieczone obwody gwarantujące bezawaryjne działanie. Spełniają specyfikacje UL60950, EN60950. W tabeli 1. zamieszczono krótkie porównanie głównych parametrów dla rodzin z serii R3 i R2.

Rozwiązanie dyskretne czy zintegrowane?

Rys. 2. Porównanie typowej aplikacji stabilizatora LM78xxx i K78Lxx - brak konieczności użycia radiatora oszczędza 40% miejsca

Stabilizator zasilający dla układu elektronicznego może być wykonany w postaci impulsowej przetwornicy scalonej takiej jak na przykład LM2575. Oprócz sterownika wymagane w układzie są elementy dodatkowe takie jak dioda usprawniająca, dławik i dwa kondensatory.

Analiza kosztów pokazuje, że od strony materiałowej rozwiązanie to jest równoważne użyciu konwertera zintegrowanego K78Lxx-500R3. Niemniej realizacja z elementów dyskretnych zajmuje więcej miejsca na PCB i zapewnia wyższą jakość i niezawodność działania.

Porównanie K78Lxx-500R3 z typowym trójkońcówkowym stabilizatorem liniowym LM78xx/79xx pokazuje, że stabilizator liniowy jest tańszy w realizacji, ale pobiera większą moc i ma niską sprawność. Wymaga też zwykle też dodania radiatora, co zwiększa zajmowane miejsce i podraża realizację. Stabilizator liniowy nie daje też takiej swobody konstrukcyjnej przy ustalaniu napięcia wejściowego, które musi być odrobinę większe od wyjściowego z uwagi na konieczność ograniczenia strat. W przypadku regulatora impulsowego z tym jest o wiele łatwiej.

Automatyczna produkcja

Opisywane konwertery wytwarzane są na całkowicie zautomatyzowanej linii produkcyjnej, co zapewnia wysoką jakość, powtarzalność i niskie ceny. W porównaniu do innych, konwertery Mornsuna są dostępne też szybciej - analizy wskazują, że serie produkcyjne mają czas dostaw dwukrotnie krótszy niż dla konkurencyjnych wyrobów, właśnie dzięki pełnej automatyzacji. W porównaniu do producentów niszowych Mornsun zapewnia znacznie wyższą jakość, ponieważ nie ma tutaj możliwości pomyłki lub błędu na skutek nieuwagi/zmęczenia.

Podsumowanie

Tabela 2. Porównanie równoważnych konwerterów różnych producentów

Nowa seria R3 konwerterów DC-DC o dużej sprawności wyróżnia się niskim poborem mocy w stanie bez obciążenia i jednocześnie dużą sprawnością w pełnym zakresie napięć wejściowych. Zapewnia to minimalny wzrost temperatury wewnątrz obudowy systemu w takich warunkach i większą niezawodność całości urządzenia. Jednostki te zostały opracowane jako zamienniki tradycyjnych rozwiązań, zapewniając lepsze parametry przy tej samej cenie.

Więcej informacji na temat zaprezentowanych konwerterów, szczegółowe karty katalogowe i noty aplikacyjne można uzyskać od autoryzowanego dystrybutora firmy Mornsun w Polsce - firmy Micros. Na stronie www.micros.com.pl znaleźć można katalogi i dane techniczne na temat konwerterów R3.

Micros sp. j. W. Kędra i J. Lic
www.mornsun-power.com