Гальванически развязанный dc dc преобразователь: Изолированный или неизолированный DC/DC-преобразователь: что выбрать?

Изолированный или неизолированный DC/DC-преобразователь: что выбрать?

6 Июл 2017

Авторы статьи

Владимир Рентюк [email protected] Владислав Филатов [email protected]

(Опубликовано в журнале «Вестник Электроники» №1 2017)

Скачать статью в формате PDF (294 КБ)

---

Что предпочтительнее — разработать, изготовить или купить уже готовое устройство, настроенное и испытанное, со всеми необходимыми сертификатами и гарантиями, применительно к узлам и компонентам радиоэлектронной аппаратуры (РЭА)? Эта тема неоднократно поднималась на страницах разных изданий, в том числе и в журналах редакции «Компоненты и Технологии». Применительно к DC/DC-преобразователям эта дилемма была рассмотрена автором настоящей статьи в [1]. Здесь преимущества варианта «купить» для большого числа конечных приложений с использованием импульсных источников питания были убедительно обоснованы. Однако «за бортом» остался вопрос: если купить, то что именно? Настоящая статья постарается восполнить этот пробел.

 

Взвесив еще раз все pro et contra касательно DC/DC-преобразователя и, как говорится, рассмотрев доводы сторон, мы пришли к однозначному выводу — выгоднее его купить. А чтобы купить именно то, что нам нужно, и не прогадать, нас должен, в первую очередь, интересовать определенный круг наиболее важных вопросов, большинство из которых весьма подробно рассмотрены в [2].

Хотя мелочей здесь нет, сведем проблему выбора DC/DC-преобразователя к нескольким понятным пунктам. Итак, что мы должны учесть:

1. назначение изделия, для которого мы выбираем DC/DC-преобразователь, и перечень сопутствующих стандартов безопасности, электромагнитной совместимости вкупе с выполнением требований по защите окружающей среды;
2. диапазон рабочих температур;
3. необходимый диапазон входных напряжений;
4. диапазон нагрузок по току;
5. Необходимое номинальное выходное напряжение (напряжения) во всем диапазоне нагрузок и приемлемую точность его (их) поддержания, не забыв при этом учесть реакцию на изменение нагрузки (так называемый сброс/наброс), которая, из-за особенности петли регулирования конкретного типа преобразователя, может вызвать недопустимый для нашего конечного изделия переходной процесс;
6. допустимую для нашего конечного решения площадь размещения преобразователя и максимальную высоту профиля, учитывая все необходимые для его конечной реализации элементы, т.е. рассматривать решение уже в виде законченного устройства;
7. приемлемый уровень КПД во всем диапазоне нагрузок;
8. надежность конечного решения DC/DC-преобразователя в реальных условиях эксплуатации;
9. граничную цену конечного решения DC/DC-преобразователя и определение его поставщика.

 

Рис. 1. Пример топологии неизолированного DC/DC-преобразователя с двумя выходными напряжениями

Хотя сегодня на рынке предлагаются DC/DC-преобразователи, как говорится, на любой вкус, цвет и кошелек, для начала все сводится к основному вопросу: покупаем мы изолированный или неизолированный DC/DC-преобразователь. Чтобы ясно понимать, о чем идет речь, кратко поясним: изолированный преобразователь подразумевает, что его выход и вход не имеют гальванической связи и разделены изоляционным барьером с той или иной диэлектрический прочностью. Этот параметр указывает на устойчивость изоляционного барьера к приложенному между его входом и выходом напряжению, и, в большинстве случаев, определяет возможную область применения устройства. Соответственно, неизолированный преобразователь не обеспечивает гальванической развязки между его входом и выходом, и этот факт также является определяющим для областей его применения. Все изложенное — это глобальные различия, которые определяют схемотехнические решения, электрические характеристики и даже конструктивное исполнение преобразователей.

Понятно, что все это влияет на стоимость указанных типов DC/DC-преобразователей. Ответственному разработчику здесь необходимо пользоваться одним полезным правилом. Его любил повторять Бенджамин Франклин — великий американский политический деятель, чей портрет украшает купюру в $100, дипломат, энциклопедист, писатель, журналист, издатель и изобретатель. Для справки: это он ввел общепринятое теперь обозначение электрически заряженных состояний «+» и «−» и объяснил принцип действия лейденской банки, прародительницы всех современных конденсаторов, установив, что главную роль в ней играет диэлектрик, разделяющий ее токопроводящие обкладки. Он говорил: A penny saved is a penny gained («Сбереженный пенни — это заработанный пенни»), что очень хорошо описывает его отношение к оптимизации стоимости конечного продукта.

Давайте более пристально взглянем с этой позиции на различия преобразователей (что поможет нам впоследствии), взвесив еще раз все

pro et contra, и остановимся на нужном нам конкретном решении преобразователя для конкретного конечного устройства. То есть, попробуем уйти от характерного для разработчиков искушения типа: «а давайте-ка поставим сюда вот это, оно мне нравится!». Знакомый веский аргумент, не так ли?

Если обратиться к ценовому аспекту, то в общем плане выигрывают неизолированные преобразователи, что связано с их природой. Однако это не касается корпусированных, полностью законченных решений с входными и выходными фильтрами, отвечающих жестким требованиям по электромагнитной совместимости и имеющих высокую механическую устойчивость. Здесь ценовые отличия в значительной степени нивелируются. Что касается топологии неизолированных преобразователей, то нам доступны повышающие, понижающие, повышающее-понижающие и инвертирующие топологии, которые уже стали классикой и описаны многократно. С некоторой доработкой, используя трансформатор, мы можем получить на базе неизолированных преобразователей решения с несколькими, чаще двумя, выходными напряжениями, причем, одно из таких напряжений будет изолированное, что дает целый ряд преимуществ, свойственных их изолированным собратьям. Пример такого, не часто встречающегося в технической литературе и на практике решения, приведен на рис. 1 [3].

Данная топология эффективна, но для относительно малых токов в дополнительной цепи. Автор статьи использовал ее на практике для формирования двух напряжений 3,3 В (3,5 А) и –12 В (0,250 мА) и использовал как часть системы питания ATX платы индустриального компьютера. Все это хорошо, но это не завершенное решение, которое можно купить в модульном исполнении. Самостоятельно же, как мы определили еще в начале статьи, делать что-либо преобразующее не выгодно — это и дорого, и долго, и результат не гарантирован, и нужно нанимать специалистов в этом вопросе, которых у нас нет. Стоит отметить, что в виде неизолированных преобразователей, как правило, доступны только простейшие варианты, часть которых направлены на эффективную замену линейных стабилизаторов.

Рис. 2. Примеры преобразования полярности с использованием изолированного DC/DC-преобразователя

Что касается неизолированных преобразователей, они являются приемлемыми и оправданными для построения систем распределенного питания PoL (Point-of-Load), то есть, тогда, когда нужно запитывать нагрузки в непосредственной близости их размещения, при небольших длинах шин промежуточного питания. Еще один из вариантов — это формирование питающих шин для плат небольших форм-факторов, где можно обойтись без разделения земель и, предпочтительно, нет гибридных решений, то есть, там, где нет сочетания аналоговых и цифровых каскадов.

А что нам могут дать изолированные DC/DC-преобразователи? Для рядового разработчика, не очень вникающего в суть такой «мелочи», как DC/DC-преобразователь (что потом может ему аукнуться уже на завершающей стадии проекта), тем более в модульном исполнении, — это такой «черный ящик» с выводами, который просто выполняет нужную функцию, как тот же конденсатор или транзистор. Основная его функция — это создание соответствующего изоляционного барьера и выдача напряжения нужной мощности. Однако тут не все так просто и явно. Действительно, если вопрос упирается только в изоляционный барьер, как, например, это показано на примере использования изделий известной компании TRACO Electronic в медицинском оборудовании в [4], или в случае, когда по причине значительной удаленности от основного источника питания требуется разделение земель, то здесь выбора нет, и все ясно. Более сложный вопрос касается, например, телекоммуникационного оборудования и систем с распределенным питанием при длинных промежуточных шинах, а также оборудования с каскадами смещенного типа.

Что нам могут предложить изолированные DC/DC-преобразователи? Как говорил Сергей Капица в увлекательной передаче нашей молодости «Очевидное–невероятное», — «Вопрос, конечно, интересный». Для его раскрытия обратимся к практическим примерам, приведенным в [5]. Дело в том, что изолированные преобразователи могут в ряде случаев с успехом заменить неизолированные, дав нам целый ряд преимуществ, часто весьма существенных, которые упростят проектирование конечного изделия.

Поскольку изолированный DC/DC-преобразователь имеет плавающий выход, так как он не привязан к общему проводу или, как мы часто говорим, к земле. Точно также можно считать, что имеет место и плавающий вход. Поэтому любой изолированный DC/DC-преобразователь может быть использован для того, чтобы инвертировать полярность напряжения шины питания. Если гальваническая развязка посредством изоляции не требуется, но имеется общая точка подключения, то любой выход может быть привязан к любому входу, а также к любому желаемому опорному напряжению. На рис. 2 [5] показаны две возможные конфигурации включения изолированных DC/DC-преобразователя для получения отрицательного напряжения на выходе из положительного напряжения на его входе, и наоборот. И если получить –15 В из +5 В можно и неизолированным DC/DC-преобразователем, то получить +5 В из –48 В уже не настолько и просто.

Рис. 3. Простой удвоитель напряжения

Существуют DC/DC-приложения, в которых гальваническая развязка через изоляцию не требуется, но требуется более высокое выходное напряжение, чем входное. В следующем примере, приведенном на рис. 3, показан удвоитель напряжения, выполненный на базе DC/DC-преобразователя, который продуцирует выходное напряжение, в два раза превышающее входное.

Преимущества здесь скрываются в, казалось бы, странном факте: если DC/DC-преобразователь рассчитан на мощность 15 Вт, то при выходном напряжении, равном 12 В, он обеспечит рабочий ток до 1,25 A. Тем не менее, это выходное напряжение находится выше входного напряжения 12 В. Поэтому на нагрузку подается напряжение 24 В с током 1,25 A, то есть мы имеем общую мощность 30 Вт.

Как известно, преимущество понижающих импульсных DC/DC-преобразователей над линейными заключается в том, они потребляют по входу меньший ток, чем тот, который отдают в нагрузку. Если нам необходимо максимально просто реализовать внутренние шины от промежуточной, причем с хорошим КПД и неизбежной развязкой по землям, то лучше приведенного на рис. 4 варианта найти сложно.

Рис. 4. Блок питания с тремя выходными напряжениями, использующий DC/DC-преобразователи (Внимание! Рисунок переделан под базу TRACO!)

И в заключение приведем еще один важный и полезный пример. Если вы имеете на плате «сборную солянку» из аналоговых и цифровых каскадов, которые, кроме того, имеют общую шину питания 5 В и землю (т.е., на первый взгляд, разделить это нельзя), то для аналоговых интегральных схем могут возникнуть проблемы, вызванные значительным уровнем высокочастотных помех от цепей, несущих цифровые сигналы. Это особенно заметно в измерительных, аудио- или видеоприложениях. Что касается общего заземления, то оно часто требуется там, где аналоговые и цифровые части схемы используют один и тот же общий источник сигнала. Это достаточно часто делает невозможным их полное гальваническое разделение.

На рис. 5 приведена, казалось бы, лишенная смысла схема, которая осуществляет преобразование входного напряжения 5 В в выходное, равное тем же 5 В, причем это зачем-то делает изолированный преобразователь в неизолированном включении. Причина, почему эта схема на самом деле имеет смысл, заключается в особенностях и технических характеристиках таких DC/DC-преобразователей. И она помогает решить проблему.

Рис. 5. Неизолированный преобразователь +5 В в +5 В постоянного тока для очистки шины +5 В

Суть решения заключается в том, что диапазон входного напряжения преобразователя составляет +5 В с некоторым уровнем неравномерности из флуктуаций и помех, а его выходное напряжение поддерживается на уровне 5 В ±0,8%, поэтому такой преобразователь будет очищать не только шумы и помехи, но и любые небольшие вариации напряжения по его входу, подавляя броски и переходные процессы, неизбежно возникающие в цифровых каскадах.

Подобная схема (рис. 5) использовалась автором в одном из серийных изделий специального назначения, в котором на одной предельно компактной печатной плате находились микроконтроллер с цифровыми каскадами, высокочувствительный усилитель и аналоговые фильтры высоких порядков. Решение показало очень высокую эффективность при работе с сигналами уровнем в доли милливольт.

Рис. 6. Рентгеновский снимок фрагмента импульсного стабилизатора известного бренда (изображение слева) и реплики этого продукта, выполненные его конкурентом (изображение справа)

И в завершение, если мы используем разделение по изоляции, например, на уровне требований для телекоммуникационной аппаратуры, то стоит ли гнаться и использовать DC/DC-преобразователи с очень высокой устойчивостью изоляционного барьера? Если вы не стеснены в средствах и заказчик спокойно воспринимает ваш полет фантазии, то это ваше право, можно даже заказать преобразователь с инкрустацией, и, поверьте, вам его изготовят и поставят. Только ответственному разработчику лучше все же пользоваться правилом Бенджамина Франклина.

Как уже было сказано в начале статьи, разработчикам предлагается множество DC/DC-преобразователей от большого числа изготовителей. Здесь нужно помнить, что скупой платит дважды, и для ответственных изделий не вестись на сомнительные предложения с низкими ценами. Если вы думает, что за одним и тем же наименованием скрывается одно и тоже решение, то глубоко ошибаетесь. Реплика известного бренда может иметь такой же только внешний вид и название. Наглядный пример приведен на рис. 6 [5].

Рис. 7. Серия TEL 8 изолированных 8-Вт DC/DC-преобразователей компании TRACO Electronic

Как мы смогли убедиться, DC/DC-преобразователи, имеющие одинаковые названия, могут иметь совершено разное конструктивное исполнение. Вот почему в начале статьи среди важнейших вопросов был упомянут поиск надежного поставщика. Так что лучше и спокойнее иметь дело с известными брендами, тогда вы с уверенностью за свои деньги получите именно то изделие, которое выполнит все ваши требования, и вам не придется краснеть ни перед заказчиком проекта, ни перед конечным потребителем разработанного вами изделия.

Одним из таких проверенным временем брендов является компания TRACO Electronic, которая в декабре 2016 г. выпустила на рынок линейку высококачественных преобразователей телекомовского направления TEL 8 мощностью 8 Вт [6], которые выпускаются под торговой маркой TRACO POWER (рис. 7).

Данные преобразователи отличаются не только высокими техническими характеристиками и малыми габаритами, но и высокой надежностью (не менее 1 млн. ч), диэлектрической прочностью изоляции (1800 В/1 с и 1500 В/60 с), высокой точностью установки номинального выходного напряжения (±2%) и его стабильностью (0,8% при изменении входного напряжения во всем диапазоне и 1% во всем диапазоне нагрузок — от нуля до максимальной), развитой защитой от перегрузок (150%) с самовосстановлением (hiccup), недопустимо низкого входного напряжения и электростатики на уровне требований стандарта EN 61000-4-2 (по воздуху ±8 кВ, контакт ±6 кВ). Преобразователи серии TEL 8 отвечают требованиям по электромагнитной совместимости и устойчивы к воздействию внешних помех с напряженностью поля до 10 В/м (стандарт EN 61000-4-3). Преобразователи выполнены в металлических алюминиевых корпусах и, что немаловажно, с уже встроенным фильтром подавления электромагнитных помех по нормам стандарта EN55022 Класс A. Диапазон рабочих температур преобразователей серии TEL 8 –40… +80 °C с максимальной температурой корпуса до +105 °C. Преобразователи могут использоваться в аппаратуре, работающей на высоте до 4 000 м над уровнем моря, имеют все необходимые сертификаты по безопасности и выполняют требования Директивы RoHS. Основные электрические параметры, позволяющие сделать предварительный выбор нужного преобразователя, приведены в табл. 1. Полные данные преобразователей серии TEL 8 компании TRACO Electronic и ссылки для получения сертификатов доступны непосредственно в их спецификации [6].

Таблица 1

Литература

1. Рентюк В. Изолированный DC/DC-преобразователь малой мощности: сделать или купить? // Электрик. 2012. № 12.
2. Рентюк В. Новые возможности современных DC/DC-преобразователей: особенности принятия решения по выбору и типовые применения // Электрик. 2015. № 7–9.
3. Designing Low-cost, Multiple Output DC-DC Converters. APPLICATION NOTE, Würth Elektronik eiSos 2013-09-10.
4. Рентюк В., Филатов В. Источники питания с высоким пробивным напряжением по изоляции. Безопасность превыше всего // Компоненты и технологии. 2016. № 3.
5. Steve Roberts. DC/DC BOOK OF KNOWLEDGE: Practical tips for the User. Second Edition, 2015.

6. DC/DC Converter TEL 8 Series, 8 Watt Rev. December 21. 2016. http://assets.tracopower.com/20170126153146/TEL8/documents/tel8-datasheet.pdf

DC/DC-преобразователь

Гальваническая развязка питания и двусторонняя передача данных на одном компоненте в SMD-корпусе – Компоненты и технологии

Новое в области гальванических развязок

Когда речь идет о создании гальванически развязанного источника питания мощностью 10 или 100 Вт, становится ясно, что тут требуются специальные знания в узкой области, источник питания следует рассматривать как отдельную задачу, и ее решение нужно поручить сведущему в этой области специалисту. Если же требуется гальванически развязать 1 Вт электрической мощности или создать гальваническую развязку одной линии данных, то такую задачу хочется решить сходу, потратив минимум рабочего времени и заняв компонентами малую площадь печатной платы. На самом же деле уменьшение мощности ничуть не сокращает сложность гальванической развязки. Гальваническая развязка мощностью 1 Вт легко может стать головной болью для разработчика, который раньше никогда не решал такие задачи. Компания Linear Technology предлагает разработчикам первое в своем роде готовое решение гальванической развязки для передачи питания и данных на одной микросхеме без внешних элементов, в корпусе для поверхностного монтажа.

Микросборки LTM288х — это семейство гальванически развязанных источников питания мощностью до 1 Вт, со встроенным гальванически развязанным каналом передачи данных. Микросборки имеют корпус для поверхностного монтажа размером 15×11,25×2,8 мм. Диапазон напряжений питания — 3,3–5 В, выходное напряжение — 5 В при токе до 200 мА. В микросборке LTM2881 реализован полнофункциональный интерфейс RS-485/RS-422, а в LTM2882 — сдвоенный интерфейс RS-232. Скорость передачи — до 20 Мбайт/с. В качестве изолирующего элемента используется трансформатор. Микросборки LTM2881 и LTM2882 доступны в корпусах LGA либо BGA и имеют модификации с диапазонами рабочих температур 0…+70, –40…+85 и –55…+105 °C.

Передача данных

Внешне микросборки LTM288x выглядят как обычные цифровые оптопары с интегрированным внутрь корпуса гальванически развязанным DC/DC-преобразователем. На самом же деле их устройство и принцип работы намного сложнее. Для передачи данных используются трансформаторы без сердечников, выполненные прямо на полупроводниковом кристалле. Физическая топология их обмоток и электрическая схема включения показаны на рис. 1.

Рис. 1. Эквивалентная электрическая схема

Приемники-усилители, снимающие сигнал со вторичных обмоток, имеют дифференциальные входы, что делает их нечувствительными к синфазным помехам, которые могут возникать из-за паразитической емкости между обмотками. Поскольку данные передаются через два трансформатора в противоположных направлениях, передача в одну сторону происходит независимо от передачи в другую. Но физически канал для передачи в одну сторону только один, а микросборки имеют большее количество сигналов, передаваемых через гальванический барьер. В микросборке LTM2881 помимо сигналов DI (вход передатчика) и RO (выход приемника) на изолированную сторону передаются DE (разрешение передачи) и TE (включение терминального резистора). В микросборке LTM2882 реализован сдвоенный интерфейс RS-232, то есть по два канала в каждую сторону.

Уровни напряжения на всех входах обрабатывает внутренняя логика микросборки. При изменении уровня информация об этом событии кодируется, передается через гальванический барьер, декодируется на другой стороне микросборки, проверяется на наличие ошибок, и, если ошибок нет, уровень напряжения на соответствующем выходе изменяется. В каждый момент времени в одну сторону может передаваться информация лишь об одном изменении уровня на одном входе, поэтому все входы поделены на низко- и высокоприоритетные. Если изменение уровня входного сигнала происходит одновременно на двух входах с одной стороны микросборки, то с другой стороны уровень сначала изменяется на высокоприоритетном выходе и лишь после этого на низкоприоритетном. Если уровень сигнала на высокоприоритетном входе изменяется раньше, чем закончилась обработка изменения уровня на низкоприоритетном входе, кодирование и передача по низкоприоритетному каналу приостанавливается.

Таким образом, передача сигналов по высокоприоритетному каналу происходит без задержки. Задержка передачи по низкоприоритетному каналу может достигать 40 нс. В микросборке LTM2882 высокоприоритетными являются входы T1IN и R1IN, в микросборке LTM2881 — входы AB и YZ.

Передача питания

В отличие от передачи данных, передача питания в микросборках LTM288х происходит традиционным образом. Принципиальная схема изолированного DC/DC-преобразователя показана на рис. 2. H-образный мост генерирует прямоугольные импульсы, которые через развязывающий защитный конденсатор поступают на первичную обмотку. Выпрямитель на вторичной обмотке выполнен из двух диодов и двух конденсаторов. Такая схема выпрямителя, по сравнению с более привычной схемой на четырех диодах, позволяет вдвое сократить потери, связанные с прямым падением напряжения на диодах. Ток выпрямителя заряжает сглаживающий конденсатор, от которого питается линейный стабилизатор с низким прямым падением. На выходе стабилизатора стоит еще один конденсатор.

Рис. 2. Упрощенная принципиальная схема изолированного DC/DC-преобразователя

Микросборки LTM288х выпускаются в двух версиях для двух диапазонов питающих напряжений: 3–3,6 и 4,5–5,5 В. Ограничение по напряжению питания связано со встроенным DC/DC-преобразователем. Поскольку выходное напряжение у обеих версий одинаковое и равно 5 В, для работы при разных входных напряжениях требуются разные коэффициенты трансформации.

Первичная обмотка трансформатора имеет защиту от перегрузки по току, при штатной работе преобразователя эта защита не активна. Порог срабатывания защиты — 550 мА для 3-В версии и 400 мА для 5-В версии микросборки.

Трансформатор выполнен на ферритовом тороидальном сердечнике. Обмотки покрыты тефлоновой изоляцией толщиной 76 мкм. Для придания конструкции механической прочности трансформатор залит жестким диэлектриком. Преобразователь имеет КПД 65%. А зависимость выходной мощности от напряжения питания показана на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость выходной мощности от напряжения питания

Параметры гальванического барьера

Важнейший параметр гальванической развязки — это паразитическая емкость между изолированными сторонами. От величины этой емкости зависит, насколько хорошо гальваническая развязка препятствует прохождению синфазных помех. Когда напряжение между изолированными сторонами гальванической развязки меняется, ток заряда паразитической емкости протекает по электрическим цепям с обеих сторон гальванической развязки, вызывая падение напряжения на резисторах, которое и является помехой. Чем больше паразитическая емкость и скорость изменения напряжения, тем больше ток и напряжение помехи.

Для любой электрической схемы с гальванической развязкой можно определить максимально допустимую скорость изменения напряжения между изолированными частями, при которой уровень синфазной помехи не будет превышать допустимые пределы. Поскольку микросборки LTM288x содержат интегрированные схемы усиления и обработки прошедшего через гальванический барьер сигнала и представляют собой функционально законченные устройства, максимально допустимая скорость изменения напряжения является для них неизменным параметром и составляет 50 кВ/мкс.

Паразитическая емкость между гальванически развязанными сторонами микросборок LTM288x составляет 6 пФ. Из них 1,2 пФ приходятся на каждую из катушек передачи данных, а 3,6 пФ — на трансформатор DC/DC-преобразователя. Это очень хороший показатель для гальванической развязки: у обычных оптопар паразитическая емкость, как правило, составляет десятки пикофарад на один канал. Емкость порядка единиц пикофарад всегда существует между двумя параллельными дорожками на печатной плате, близко проложенными кабелями, проводниками внутри электронного устройства и его корпусом. Для большинства применений паразитическая емкость микросборок LTM288x пренебрежимо мала по сравнению с распределенными емкостями всех остальных частей электронного устройства.

Гальванический барьер микросборок LTM288x состоит из двух сигнальных трансформаторов, выполненных на полупроводниковом кристалле, и силового трансформатора, намотанного на ферритовое кольцо. Максимальное постоянное напряжение, которое может быть приложено к гальваническому барьеру продолжительное время, — 400 В, для времени не более 10 с допускается напряжение до 4000 В.

Основные параметры гальванического барьера, в цифрах и единицах, приведенных к наиболее распространенным стандартам, указаны в таблице 1. Список стандартов, с которыми можно без труда сопоставить указанные значения, находится в таблице 2. Общие представления о том, как именно происходят испытания и стандартизация гальванических развязок, можно получить на примере стандартов UL1577 и IEC60747-5-2.

Таблица 1. Параметрическая таблица гальванического барьера для LTM2881 и LTM2882

Параметр	Условия	min	Тип.	max
Номинальное напряжение диэлектрической изоляции, ВRMS	1 мин.	2500
Максимальное рабочее номинальное напряжение	Продолжительное	400 ВRMS 560 Впик.
Частичный разряд, пКл	Vpr = 1050 Впик.			5
Устойчивость к синфазным перепадам напряжения, кВ/мкс		30
Сопротивление изоляции от входа к выходу, Ом	VIO = 500 В	109	1011
Барьерная емкость от входа к выходу, пФ	f = 1 МГц		6
Длина пути утечки по корпусу, мм	L/BGA		9,53
Внешнее воздушное расстояние, мм	BGA		9,38
Сравнительный показатель пробоя, В		175
Максимально допустимое перенапряжение, Вп-п	t = 10 с			4000
Минимальное расстояние через изолятор, мм		0,06
Изолирующий барьер ESD, HBM, кВ	(Vcc2, GND2) к GND		±10
	Изолирующий I/O к GND		±8

 

Таблица 2. Перечень стандартов по изоляции

Стандарт	Описание
UL1577	Тестирование изоляции по стандарту безопасности
IEC 60747-5-2 (VDE-0884-10)	Оптоэлектронные приборы. Предельные значения и основные характеристики
IEC 60664-1	Координация изоляции для оборудования низковольтных систем. Принципы, требования и испытания
IEC 60950-1	Оборудование информационных технологий. Требования безопасности
IEC 61010-1	Безопасность электрических контрольно-измерительных приборов и лабораторного оборудования
IEC 60601-1	Требования безопасности к медицинским электрическим системам
IEC 61000-4-2	Устойчивость к электростатическим разрядам
IEC 61000-4-3	Испытания на устойчивость к излученному радиочастотному электромагнитному полю
IEC 61000-4-4	Испытания на устойчивость к электрическим быстрым переходным процессам/пачкам
IEC 61000-4-5	Испытание на невосприимчивость к выбросу напряжения
IEC 61000-4-8	Испытания на устойчивость к магнитному полю промышленной частоты
IEC 61000-4-9	Испытание на помехоустойчивость к импульсному магнитному полю
CISPR 22	Оборудование информационных технологий. Характеристики радиопомех
IEC 60079-11	Взрывоопасные среды. Искробезопасная электрическая цепь «I»

Стандарт UL1577 регламентирует электрическую прочность электронного компонента для напряжений свыше 2500 В при различных внешних условиях. В соответствии с критериями этого стандарта микросборки LTM288x выдерживают постоянное напряжение 2500 В при температуре окружающей среды +100 °C. Для того чтобы производитель мог гарантировать отсутствие отказов в таких условиях работы, каждая микросборка проходит испытание при напряжении 4400 В обеих полярностей продолжительностью 1 с.

Похожий по методике тестирования, принятый в Европе стандарт IEC60747-5-2 предписывает измерять заряд микропробоев, происходящих в гальваническом барьере, когда к нему приложено постоянное напряжение, соизмеримое по величине с максимальным рабочим напряжением. Явление микропробоев связано с неоднородностями в веществе диэлектрика. Если представить слой диэлектрика в виде цепочки последовательно соединенных конденсаторов и множества таких цепочек, соединенных параллельно, то микропробоем будет называться пробой одного из таких микроконденсаторов. Микропробой не вызывает нарушения электрической целостности слоя диэлектрика. Периодически происходящие микропробои внешне выглядят как шум, появляющийся, когда к гальваническому барьеру приложено высокое напряжение. Характерный заряд микропробоев в гальванических развязках LTM288x — 5 пКл при напряжении 1050 В.

С точки зрения практического применения основное условие, от которого зависит максимально допустимое рабочее напряжение, это время наработки на отказ. Поскольку при не самых тяжелых условиях эксплуатации время наработки на отказ оказывается очень велико, оно не поддается прямому измерению. Время наработки на отказ измеряют в предельно допустимых режимах работы, затем полученные данные экстраполируют на штатные режимы работы. При этом используются различные математические инструменты, например распределение Вейбулла. Зависимость времени жизни микросборок LTM288х от постоянного рабочего напряжения показана на рис. 4. При напряжении 500 В время жизни микросборок LTM2881 и LTM2882 — более 100 лет.

Рис. 4. Зависимость времени жизни микросборок LTM288х от постоянного рабочего напряжения

Излучение электромагнитных помех

Электронные устройства, в составе которых есть гальваническая развязка, выглядят с точки зрения их электромагнитного взаимодействия с окружающим миром весьма интересно. Наличие гальванической развязки в устройстве, как правило, означает наличие двух разделенных цепей «земли» и расположение всех проводников таким образом, что гальванически не связанные части устройства оказываются максимально удалены друг от друга. Такое устройство можно рассматривать как дипольную антенну. Внешние электромагнитные излучения приводят к появлению на гальванической развязке, соединяющей две части такой «антенны», синфазного быстро меняющегося напряжения. Микросборки LTM288х сами по себе не создают синфазного напряжения между гальванически развязанными сторонами, но если в электронном устройстве это напряжение появляется из-за каких-то других паразитических емкостей, «антенна» будет излучать электромагнитные помехи.

Эту проблему можно рассмотреть с другой точки зрения. Если через паразитическую емкость гальванической развязки протекает ток, то еще один ток, равный по величине, должен протекать в противоположном направлении. Очевидно, что возвратный ток протекает через другие паразитические емкости, образующиеся между двумя гальванически разделенными шинами «земли», между проводами и проводниками на печатной плате, между печатной платой и корпусом устройства. Самый простой способ сделать ситуацию с протекающими через паразитические емкости токами предсказуемой и избавиться от этих токов в тех местах схемы, где они мешают ее работе, это поставить между гальванически развязанными «землями» устройства конденсатор с емкостью, намного превышающей сумму всех паразитических емкостей. Такой конденсатор, если его емкость и место расположения выбраны верно, сокращает напряжение, приложенное к гальваническим развязкам на сигнальных линиях, на несколько порядков.

Электромагнитные катушки, которые используются в микросборках LTM288х для передачи данных, излучают электромагнитные помехи. Линейные размеры катушек и токи в них малы, и мощность излучения не превышает максимально допустимую согласно стандарту CISPR 22 (аналог — ГОСТ Р 51318.22-99 «Радиопомехи индустриальные от оборудования информационных технологий»). Излучаемую микросборками LTM288х мощность можно вычислить, исходя из того, что катушки для передачи данных являются петлевыми антеннами, и для них справедлива формула:

где I_f — ток в катушке; r_n — радиус одного витка; N — количество витков, λ — длина волны. Насколько хорошо теоретическая зависимость излучаемой мощности от частоты совпадает с экспериментальной, измеренной на демонстрационной плате LTM288х, показано на рис. 5. Там же отмечены максимально допустимые уровни излучения согласно стандарту CISPR 22.

Рис. 5. Графики экспериментальной и теоретической зависимости излучаемой мощности от частоты для LTM288х

Для сокращения уровня электромагнитных помех, излучаемых электронным устройством, в составе которого есть гальваническая развязка, есть ряд стандартных решений. Самое действенное из них — добавить в печатную плату слой сплошной металлизации, так чтобы он покрывал всю площадь платы, образуя емкости между всеми гальванически развязанными частями. В дополнение к этому можно установить керамические конденсаторы между гальванически не связанными «землями», учитывая при этом, что конденсаторы будут эффективны на частоте ниже 300 МГц, а на более высокой частоте станет слишком существенна их паразитическая индуктивность. Подойдут конденсаторы с диэлектриком Y2, например Murata серии GF, для соответствия стандартам безопасности включенные последовательно по две штуки.

Помимо этого, рекомендуется:

• Сократить физические размеры гальванически развязанных частей.
• Убедиться в том, что все возвратные токи и токи помех образуют петли как можно меньшего размера. При разводке печатной платы следует избегать протекания одного возвратного тока между двумя слоями: такой путь будет иметь повышенную индуктивность и сопротивление.
• Поставить как можно больше сглаживающих конденсаторов на все линии питания. Все скачки напряжения и тока на силовых линиях внутри устройства вызывают электромагнитное излучение.
• Поставить фильтры синфазных помех на все подсоединенные к плате провода и кабели: синфазные трансформаторы либо ферритовые колечки для линий питания, ферритовые колечки для линий данных. Ферритовые колечки существуют как в виде специальных бандажей, надеваемых на кабель, так и в виде элементов для монтажа на плату.
• Сократить напряжение питания. Чем меньше напряжение сигналов в цифровых линиях, тем меньше излучаемая ими помеха. Напряжение 3,3 В предпочтительнее, чем 5 В.

Чувствительность к электромагнитным помехам

Все электромагнитные антенны обратимы: если антенна плохо излучает, то она одновременно плохо принимает сигнал, и наоборот. Поскольку интегрированные в микросборки LTM288х катушки излучают помехи с очень небольшой мощностью, они должны быть и малочувствительны к внешним помехам. Обе микросборки LTM2881 и LTM2882 независимо друг от друга прошли сертификацию и соответствуют стандартам электромагнитной совместимости, перечисленным в таблице 3.

Таблица 3. Стандарты электромагнитной совместимости

Тест	Частота	Интенсивность поля
IEC 61000-4-3, приложение D	От 80 МГц до1 ГГц	10 В/м
	От 1,4 МГц до 2 ГГц	3 В/м
	2–2,4 ГГц	1 В/м
IEC 61000-4-8, уровень 4	50–60 Гц	30 А/м
IEC 61000-4-8, уровень 5	60 Гц	100 А/м
IEC 61000-4-9, уровень 5	Импульс	1000 А/м

Напряжение, возникающее в электромагнитной катушке при воздействии внешнего магнитного поля, определяется соотношением:

где β — индукция магнитного поля, Гс; N — количество витков катушки; r_n — радиус n-ого витка. Эта формула справедлива и для катушек, интегрированных в микросборки LTM288х.

Если напряжение, вызванное внешней помехой, оказывается соизмеримо с напряжением полезного сигнала в катушке, передача данных происходит с ошибками. На рис. 6 показана зависимость максимально допустимой индукции магнитного поля от частоты для микросборок LTM288х. В области ниже красной линии внешнее магнитное поле не будет мешать работе LTM288х. Там же, для примера, синими линиями показана индукция магнитного поля прямого провода с током на различных расстояниях. Магнитное поле провода с синусоидальным током 1000 А при частоте 1 МГц, находящегося на расстоянии 100 мм, не окажет влияния на работу микросборок LTM288х.

Рис. 6. Зависимость максимально допустимой индукции магнитного поля от частоты для микросборок LTM288х

Устойчивость к электростатическим разрядам

В системе стандартов IEC отдельно рассматривается несколько физических явлений и связанных с ними всплесков напряжения на электронном компоненте. Помимо электростатического разряда (Electro Static Discharge, ESD) электронные компоненты могут подвергаться скачкам напряжения, происходящим при разрыве проводника с током. Это явление носит название «быстрый переходный процесс» (Electrical Fast Transient, EFT), типичный пример условий его возникновения — разъединение электрического разъема.

Также в стандартах рассматривается воздействие на электронный компонент одиночной полуволны синусоидального напряжения. Последнее удобнее всего для использования в стандартах, так как условия проведения таких испытаний лучше всего поддаются описанию и воспроизводимы наиболее однозначно. Однако воздействие на электронный компонент синусоидальной полуволны не совсем соответствует тому, что происходит при его эксплуатации.

Принципиальная схема для испытаний микросборки LTM2881 на устойчивость к скачкам напряжения, происходящим при разрыве проводника с током, показана на рис. 7. Контакты LTM2881 подключены к жилам экранированного кабеля длиной 0,5 м, а экран кабеля соединен с генератором одиночных высоковольтных импульсов через конденсатор емкостью 100–1000 пФ. Экран кабеля через катушку индуктивности, моделирующую паразитическую индуктивность длинной линии, соединен с «землей» LTM2881 с той же стороны, что и жилы кабеля. «Земля» генератора соединена с «землей» LTM2881 с противоположной стороны. В этой схеме высокое напряжение прикладывается к гальваническому барьеру LTM2881, выводы LTM2881 с одной стороны барьера оказываются при одинаковом напряжении. В этом испытании LTM2881 выдерживает кратковременные скачки напряжения до 4 кВ.

Рис. 7. Принципиальная схема для испытаний микросборки LTM2881 на устойчивость к скачкам напряжения, происходящим при разрыве проводника с током

Испытания на устойчивость к электростатическим разрядам проводятся схожим образом: импульсы напряжения прикладываются между гальванически изолированными сторонами LTM2881. Импульсы имеют меньшую длительность, чем в испытаниях на устойчивость к скачкам напряжения, происходящим при разрыве проводника с током, и большую амплитуду. Микросборки LTM288х выдерживают электростатический разряд напряжением до 8 кВ.

Заключение

Гальванические развязки LTM288х — это первые приборы, сочетающие в себе высокие электрические параметры, надежность и простоту использования. Насколько просто сделать на микросборке LTM2881 гальванически развязанный приемопередатчик RS-485, показано на рис. 8. Помимо самой микросборки LTM2881, в схеме нет никаких дополнительных элементов. Аналогично микросборка LTM2882 (рис. 9) представляет собой функционально законченный двух-канальный приемопередатчик RS-232.

Рис. 8. LTM2881 гальванически развязанный приемопередатчик RS-485

Рис. 9. LTM2882 сдвоенный гальванически развязанный приемопередатчик RS-232

Микросборки LTM288х имеют хорошую помехозащищенность, не требуют дополнительных внешних диодов для защиты от электростатических разрядов, вызванных зарядом, скопившимся на теле человека. Паразитическая емкость 6 пФ при четырех каналах передачи данных и канале питания делает микросборки LTM288х приборами, не имеющими аналогов.

Микросборки LTM288х прошли сертификацию по основным международным стандартам и готовы к использованию в новых и перспективных разработках.

Следует отметить, что микросхемы семейства LTM288x снижают общую стоимость решения, оставаясь при этом недосягаемыми для конкурентов по совокупности характеристик и преимуществ.

Модуль RS485 с гальванической развязкой, для подключения преобразователей серии RD60хх

Как известно, преобразователи напряжения RD6006, 6012 и 6018 при установке соответствующего модуля поддерживают подключение по WiFi, но в меню настроек и в ПО есть также пункт RS485, который означает возможность использования данного интерфейса связи. И вот не так давно в ассортименте магазина RD RIDEN появились в продаже модули RS485 предназначенные именно для перечисленных моделей преобразователей.

Для начала что такое интерфейс RS485. В основном такой тип подключения используется в промышленных устройствах, его преимущество в большой дальности связи, хорошей помехоустойчивости, а также возможности параллельного подключения большого количества устройств, т.е. не надо к компьютеру тянуть отдельные кабели. Например такой тип подключения широко используется у меня на работе, это и турникеты, и термокамеры, а кроме того и самодельная охранная система.

Не знаю в какой упаковке его обычно присылают так как ко мне он приехал в коробке с преобразователем.
Размеры полностью совпадают с размерами WiFi модуля для преобразователей серии RD и составляют 45х18.5мм

Первое что сразу бросается в глаза, наличие большого количества элементов защиты:
Два самовосстанавливающихся предохранителя
Три супрессора
Один разрядник

Модуль построен на базе следующих чипов:
Приемопередатчика RS485 — PL3085A
Двух цифровых изоляторов — 122U31

За питание отвечает гальванически развязанный преобразователь 5-5 вольт 1Вт.

Есть и картинка от производителя, но на ней почему-то обозначены не все компоненты

Устанавливается модуль на то же место, что и WiFi, естественно можно использовать только что-то одно.
Для подключения и теста я взял кусок двухпроводного кабеля и копеечный USB-RS485 конвертер купленный в офллайне.
Подключение предельно простое, клеммы обозначены буквами А и В, соответственно соединяем между собой одноименные клеммы, дренажный провод отсутствует.
В настройках преобразователя выбираем режим RS485, больше я ничего не менял, но если вы планируете соединять несколько модулей, то надо каждому из них задать свой адрес в системе.

Если модулей более одного, то они подключаются параллельно «гирляндой», но будьте внимательны, при параллельном подключении «звездой» с большим шансом схема работать не будет, кроме того, насколько я знаю, на конце линии должен быть еще и терминирующий резистор, здесь его нет.
Производитель заявляется о возможности одновременной работы до 32 устройств в сети.

Пожалуй единственная конструктивная сложность в том, что родной корпус не подразумевает внешних разъемов для подключения линии связи, потому для теста мне пришлось проверять с открытым корпусом.

По подключению также есть нюансы, например указывается, что при использовании преобразователей RD6006

Пожалуйста, не используйте панель RD6006 после общения, из-за интервала между кадрами связи, операция не будет выполнена немедленно на RD6006. При подключении 32 устройств время цикла работы достигнет 11 секунд.

При этом на странице товара есть видео, где все работает довольно шустро при 24 подключенных устройствах.

Примененные драйверы зависят от того какой конвертер вы используете для подключения, важно чтобы на выходе был физический или виртуальный СОМ порт.
У меня драйверы уже стояли и ПО само определило что конвертер эмулирует СОМ6

Кстати продавец писал что-то по поводу того, что вроде данная плата работает только с RD6006, но я мог неправильно перевести его ответ. В любом случае на скрине подключенный преобразователь серии RD6018.

В обычном режиме работа ничем не отличается от связи через USB, потому описывать этот режим смысла нет.

Но одна из ключевых «фишек» RS485 в том, что можно работать сразу с большим количеством устройств, по понятным причинам я не могу продемонстрировать это полностью, но показать что соответствующий пункт здесь активен, вполне можно.
При переходе выскакивает уведомление, соглашаемся.

Запускаем поиск, ПО находит преобразователь и сразу указывает его адрес в системе, название модели, активность, режимы и серийный номер.

Есть возможность сохранения конфигурации, насколько я могу судить, это надо для того, чтобы каждый раз не проводить поиск устройств.

Выбираем соответствующую строку и кликаем — Connect. Преобразователь подключается, отображаются текущие установки тока и напряжения, а также ток, напряжение и мощность по выходу. К сожалению в данном режиме функционал дико урезан, особенно в плане отображения информации, но справедливости ради все работает.

На этапе поиска устройств в сети ПО ПО «задумывается» и создается ощущение что оно зависло, я этого не знал и начал кликать по разным кнопкам, в итоге оно меня обругало. Но то что обругало это нормально, меня удивило что сделало но это не на привычном английском, видно сильно я его достал 🙂

В качестве выводов могу сказать, модуль работает без проблем, все установилось и заработало сразу, что даже как-то непривычно. По сути я только установил модуль, подключил пару проводов, тыкнул USB конвертер и запустил ПО, дальше оно само нашло порт и подключило преобразователь.

Из преимуществ отмечу наличие гальванической развязки, что повышает надежность, кроме того не экономили на защите, но есть небольшой нюанс. Дело в том что гальваническая развязка здесь не является барьером безопасности так как нет необходимых зазоров, т.е. если надо просто отвязать одно от другого для уменьшения наводок, земляных петель и прочего, то отлично, но при большой разнице напряжений использовать её нельзя.

На этом все, надеюсь что было полезно.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ С ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ РАЗВЯЗКОЙ на LT1070.

Существуют схемы усилителей НЧ, пере­датчиков, других устройств, которые требуют питания не только от двуполярного источника, но и от двух гальванически развязанных источ­ников, не имеющих соединения с «землей» или общих связанных цепей. Организовать питание такого устройства в стационарных условиях весьма просто, так как источником питания служит электросеть, а значит будет силовой или импульсный трансформатор. Достаточно сделать две вторичные обмотки, не соединен­ные с другими цепями, и переменные напряже­ния с них подать на отдельные независимые выпрямители.

Сложнее организовать питание от двух гальва­нически развязанных источников, если источ­ником питания должен служить источник постоянного тока, например, бортовая сеть автомобиля или катера.

На рисунке ниже представлена схема импульсного обратноходового источника, на выходе которого имеется два гальванически развязанных напря­жения 15V, с максимально допустимым током по 1А. Если необходимо обычное двуполярное питание эти выходы можно соединить после­довательно, — плюс одного с минусом другого, а точка соединения будет общим нулевым проводом.

Схема ставшая уже стандартной, — источник постоянного тока, импульсный генератор, импульсный трансформатор, выпрямители во вторичных цепях.

Напряжение 12V от автомобильного аккумуля­тора поступает на микросхему А1 типа L.T1070 (обратноходовый DC-DC преобразователь). Цепь C1-C2-L1-C3-C4 заграждает путь помехам, которые могут проникать из систем автомобиля или катера.

Микросхема А1 формирует импульсы час­тотой около 40 kHz. На выходе микросхемы есть ключ, выведенный на вывод 4. Он нагру­жен первичной обмоткой импульсного транс­форматора Т1. Цепь C6-R3-VD1 ограничивает отрицательные выбросы в обмотке.

Во вторичных обмотках наводится ЭДС. Обмотка 4 является контрольной. Переменное напряжение на ней выпрямляется диодом VD2 и через подстроечный резистор R2 поступает на контрольный вход микросхемы А1 (вывод 2). Система стабилизации выходного напряжения LN1070 работает таким образом, что контроллер микросхемы изменяет скважность импульсов на выводе 4 таким образом, чтобы напряжение на выводе 2 было равно 1,24V. То есть, чтобы получить стабилизацию напряжения нужно снять напряжение с вторичной цепи и через делитель на резисторах подать его на вывод 2. Соотношение плеч делителя должно быть таким чтобы при нормальном напряжении на выходе, на выводе 2 было 1,24V. В данной схеме снимать напряжения для системы стабилизации с выхода нежелательно, так как изначально поставлена цель создания источника с гальва­нически развязанными выходными напряжения­ми как друг от друга, так и от первичных цепей. Поэтому здесь есть третий вторичный источник, состоящий из обмотки 4 и выпрямителя VD2-C7. Он служит только для получения контрольного напряжения. Так как обмотка 4 в составе трансформатора, то напряжение на ней в такой же зависимости от скважности импуль-сов, как и напряжения на других обмотках.

Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце диаметром28 мм. Первичная обмотка содержит 40 витков провода ПЭВ 0.47. Она наматывается первой Затем, на неё, в том же направлении нужно намотать вторичные обмотки 2 и 3. Берут такой же провод и сложив его вдвое наматывают 50 витков. Обмотка 4 — в том же направлении что и остальные, -10 вит­ков ПЭВ — 0,12.

Налаживание сводится к уста­новке выходного напряжения подстройкой R2.

Источник: Л.Кузянский, Радиоконструктор, 05-2010. 

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ

П О П У Л Я Р Н О Е:

• Схема миниатюрного электронного балласта на IR53HD420

Электромагнитный ПРА (дроссель-стартер) имеет массу недостат­ков: надоедливое жужжание, непроизвольные вспышки и частое мерца­ние, исходящие от светильников использующих ЛЛ.

Развитие электронной промышленности позволило создать электронные ПРА — электронные балласты. Они обеспечивают совершенно новое качество работы люминесцентных ламп и светильников.

Подробнее…

• Зарядное устройство для аккумуляторных батарей.



Электронное зарядное устройство с сигнализатором уров­ня зарядки аккумуляторных батарей обеспечивает визуальный контроль за состоянием процесса зарядки в ее крайних состояни­ях, что позволяет продлить срок эксплуатации аккумуляторов. За­рядное устройство подает световой сигнал как при напряжении на аккумуляторе ниже установленного, так и при напряжении выше предельно допустимого. Работает зарядное устройство от сети пе­ременного тока напряжением 220 или 127 В частотой 50 Гц в усло­виях умеренно холодного климата при температуре окружающей среды от +5 до +35°С, относительной влажности воздуха до 85 % при температуре +22°С и пониженном атмосферном давлении до 200 мм рт.ст.

  Подробнее…

• Простая схема электронной «массы» для автомобиля

Электронный выключатель «МАССЫ» для авто своими руками

Чтобы обезопасить свой автомобиль от случайного возгорания от короткого замыкания проводки на время стоянки, а также чтобы излишне не разряжать аккумулятор многие автолюбители устанавливают в своем автомобиле устройство для отключения «массы». С его помощью аккумулятор легко отсоединяется от бортовой электросети автомобиля. Не нужно каждый раз снимать клемму с АКБ. Иногда ставят такое устройство под руль в салоне авто и не нужно даже открывать капот.

Подробнее…

Популярность: 6 231 просм.

ТЭС Пермь – DC-DC Преобразователь ПН1-20 24-12

Описание

Конвертеры DC-DC 24В в 12В преобразовывают напряжение автомобильного аккумулятора 24В в постоянное напряжение 12В. Позволяют подключать к бортовой сети 24В (грузовики, автобусы, катера и т.д.) любое 12-ти вольтовое электрооборудование от легковых авто (автомагнитолы, телевизоры, таймеры прогрева двигателя, автосигнализации и т.д.). Оно более разнообразно и более дешёвое, чем 24-х вольтовое. Попытка запитать устройство от одной 12-ти вольтовой банки аккумуляторной батареи приведёт к тому, что одна банка будет постоянно недозаряжаться, а вторая перезаряжаться и аккумуляторы быстро выйдут из строя.

Преобразователи реализованы на принципе высокочастотного импульсного преобразования энергии и отличаются от любых импортных или отечественных аналогов более высоким кпд, большим количеством защит, нет вентилятора охлаждения, а это многократно увеличило ресурс безотказной работы, сняло ограничения на место установки, т.к. конструкция более герметичной, а также имеют минимальную массу и габариты.

Внимание!
Если преобразователь работает с нагрузкой более 40% от номинальной продолжительное время, он может перегреваться. В этом случае необходимо применять дополнительный охлаждающий радиатор. В качестве радиатора может быть применена любая металлическая пластина достаточной площади. При работе преобразователя его температура не должна превышать 60-65 С. Штатная охлаждающая пластина преобразователя гальванически развязана от остальных элементов преобразователя и не находится под потенциалом, поэтому ее можно крепить на дополнительный радиатор без электрической изоляции.

Основные технические характеристики преобразователей ПН1-20:

Рабочий диапазон входного напряжения, В	20 – 30
Выходное напряжение, В	13.5
Допуск на выходное напряжение, В	+-0.5
Максимальный ток нагрузки, А	20
Долговременная мощность нагрузки, Вт	150
Коэффициент полезного действия, %	95
Диапазон рабочих температур, град. С	-40 – +70
Габаритные размеры, мм	70*160*30
Масса, кг, не более	0.4
Защита от КЗ выхода	+
Защита от перегрузки	+
Тепловая защита	+
Предохранитель на входе	+
Защита аккумулятора от переразряда	+
Защита от пробоя (две ступени)	+
Стартерный режим	+
Возможность параллельной работы	+

Изолированный преобразователь постоянного тока в постоянный ток мощностью 35 Вт заменяет модули за половину стоимости

Выбор между постройкой или покупкой изолированный DC / DC преобразователь может быть сложным решением. Если вы используете готовый модуль, на который вы ограничены по тому, что производители модулей предлагаем в своих каталогах. Во многих случаях, это может не точно соответствовать требованиям для конкретного проекта. Кроме того, несмотря на простоту использования, стоимость эти модули могут быть значительно выше, чем стоимость «прокатки» собственный.” Сложность DC / DC дизайн может быть пугающим и ведет многие к решению купить.Демонстрация схема DC227 обеспечивает DC / DC решение, которое может служить потребности многих «стандартных» модулей приложений и предложений дизайнера возможность настройки дизайна для любой немного необычной системы требования. Блок питания сейчас становится просто еще одним собранием частей в системе.

Демонстрационная схема DC227 – это замена уровня платы на «полукирпич» Преобразователи DC / DC. Может обеспечить 5 В или 3,3 В при токе до 7 А от изолированный вход 48 В (от 36 В до 72 В). В напряжение изоляции составляет 500 В постоянного тока с вариант для 1500VDC.Схема имеет низкая входная емкость, быстрое включение время, низкое энергопотребление при отключении и защита от перегрева. Постоянная защита от короткого замыкания устраняет любые ограничения по максимуму емкостная нагрузка. Выход цепь перенапряжения обеспечивает защиту на обрыв или короткое замыкание на выходная мощность или линии считывания. Стандарт занимаемая площадь позволяет схеме соответствовать непосредственно в гнездо модуля. Фигура 1 показан типичный макет для Печатная плата 2,28 дюйма на 2,40 дюйма.

Рисунок 1.Виды элементов управления (слева) и питания (справа) демонстрационной схемы DC227, полного преобразователя постоянного / постоянного тока мощностью 35 Вт в занимаемой площади 2,28 на 2,40 дюйма

DC227A-A рассчитан на 500 В постоянного тока изоляция и низкая стоимость; он использует стандартный Coiltronics VERSA-PAC ^™ трансформатор и импульсная техника индуктор для выходного фильтра. DC227AB имеет изоляцию 1500 В и использует полузаказный трансформатор, также из Коилтроники. DC227A-C имеет 500 В постоянного тока изоляция и достигает наивысшего эффективность при использовании Panasonic типа PCCS1 индуктор для выходного фильтра.В кривые эффективности на рисунках 2–5 являются вполне конкурентоспособны, достигая 85% для DC227A-C с выходом 5 В. В КПД на выходе 3,3 В несколько ниже, за счет фиксированных потерь выходной выпрямитель.

Рис. 2. Выходной КПД DC227A-C 5 В (типовой)

Рисунок 3. Выходной КПД DC227A-A / B 5 В (типовой)

Рисунок 4. Выходной КПД DC227A-C 3,3 В (типовой)

Рисунок 5. Выходной КПД DC227A-A / B 3,3 В (типовой)

Этот несимметричный прямой преобразователь работает с номинальной частотой коммутации 200 кГц.Ссылаясь на схема на рисунке 6, ширина импульса модуляция контролируется U1, LT1247 ШИМ-контроллер текущего режима. Трансформатор Т2 и оптопара Q7 обеспечивает гальваническую развязку. C2 – это колпачок местного байпаса для уменьшения общего ток, индуцированный модой.

Рисунок 6. Принципиальная схема изолированного DC / DC преобразователя мощностью 35 Вт

Для обеспечения быстрого запуска гистерезисный понижающий регулятор используется для мощность источника смещения. U2, LT1431 шунтирующий регулятор напряжения, обеспечивает управление для этой функции с Q1, действующим как переключающий элемент; L2 и C21 обеспечивают фильтрацию вывода.Q2 и Q4 защитить схему во время горячего подключения, что делает эту конструкцию очень прочной; это также невосприимчив к коротким замыканиям на выходе. Входное импульсное напряжение составляет ограничено 80V рейтингом Q1 – Q4.

Главный импульсный силовой тракт через T2 состоит из L1 и C18 как входной фильтр, Q6 в качестве основного переключатель, D7 как вторичный выпрямитель и L3 и C14, C16, C17 и C20 как вторичный фильтр. Ограничитель переходных напряжений D8 используется для защиты Диод Шоттки D7 при большом сигнале переходные условия.Мощность переведен во время цикла Q6 и интегрирован выходным фильтром, так же, как в понижающем регуляторе. Вход значения компонентов фильтра для L1 и C18 оптимальны и не должны изменен без тщательной оценки. C19 подавляет входной фильтр и обеспечить адекватную стабильность для больших значения входной индуктивности. См. LTC Примечание по применению 19 для обсуждения анализа устойчивости входного фильтра.

Управляемая обратная связь по выходному напряжению используя U3, другой LT1431 шунтирующий регулятор напряжения, как ошибка усилитель звука.В случае неисправности выходная мощность или считывающие линии, Z1 / Q5 отключит U3 и обеспечит перенапряжение защита. R10 и R21 имеют размер чтобы справиться с любым состоянием перенапряжения.

Во время короткого замыкания на выходе, LT1247 способен уменьшать время включения Q6 до менее 200 нс. Это приводит к хорошему контролю выходной ток короткого замыкания, выдерживающий рассеивание мощности до управляемой уровень.

Демонстрационная схема использует устройства поверхностного монтажа для Q6 и D7. Для работы при повышенных температурах при полной номинальной нагрузке, устройства ТО-220 можно установить на стандартный полукирпич радиатор.

Для входов –48 В, требующих горячего возможность замены, LT1640H отрицательный напряжение контроллера HotSwap ^™ обеспечивает цельный интерфейс. Демонстрационная схема DC223A-B рекомендуется использовать LT1640HCS8. решение для использования с DC227A.

При мощности 35 Вт представленная топология вот один из наиболее часто используемых производителями модулей. Это только одно решение для изолированного питания, и открывает множество возможностей для другое входное и выходное напряжение комбинации.Для более низкой мощности демонстрация цепь DC211 с использованием Изолированная обратная коммутация LT1425 Регулятор рассчитан на 10 Вт. Демонстрационная схема DC259 с использованием LT1339 добавляет синхронное выпрямление, обеспечение высокой эффективности раствор на 50 Вт. См. DC / DC Раздел модуля преобразователя LTC Том 1 1999 г. Каталог новых продуктов для дополнительной информации.

Производительность гальванически развязанного двунаправленного преобразователя постоянного тока на 700 В мощностью 25 кВт с использованием полевых МОП-транзисторов из карбида кремния 1,2 кВ и диодов Шоттки

[1] Н.Дорри, Дорожная карта развития технологий интегрированных энергосистем нового поколения – Ser05D / 349, Командование морских систем ВМС, ноябрь (2007 г.).

[2] Р.Дж. Калланан, А. Агарвал, А. Бурк, М. Дас, Б. Халл, Ф. Хусна, А. Пауэлл, Дж. Ричмонд, Сей-Хён Рю; Q. Zhang, Недавний прогресс в SiC DMOSFET и JBS-диодах в Cree, in Proc. 34-я ежегодная конференция IEEE Industrial Electronics Conference, стр.2885-2890, ноябрь (2008).

DOI: 10.1109 / iecon.2008.4758417

[3] Р.В. А. А. ДеДонкер, Д. М. Диван и М. Х. Хералувала, Трехфазный преобразователь постоянного / постоянного тока высокой плотности с мягкой коммутацией для приложений большой мощности, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 27, нет. 1, стр.63–73, январь-февраль (1991).

DOI: 10.1109 / 28.67533

[4] Информация на веб-сайте компании Cree: Z-FET ™ CMF20120D MOSFET из карбида кремния http: / www.кри. ru / products / power_mosfet. жерех

Demke DC-Transformer 729-XX – Информация о продукте

26. Ноябрь 2020 г.

Гальванически развязанный понижающе-повышающий преобразователь постоянного / постоянного тока Demke, напряжение питания генератора 13,8 В постоянного тока и конечное напряжение зарядки 57 В постоянного тока для литий-ионных аккумуляторов.

Преобразователь постоянного тока 729-57-SD был специально разработан как преобразователь заряда литий-ионных аккумуляторов.Основным источником питания является генератор с напряжением питания 13,8 В или автомобильный аккумулятор с напряжением 12 В постоянного тока. Поскольку этот гальванически изолированный преобразователь постоянного тока используется в транспортных средствах, он имеет сертификат EMC для автомобилей в соответствии с EN50498: 2010 (стандарт семейства продуктов для электронных устройств, устанавливаемых на транспортных средствах).

Как и все наши трансформаторы постоянного тока Demke, удельная мощность впечатляет, но она значительно ограничена высоким входным током 40 А. Как и все DC / DC преобразователи Demke, 729 также имеют широкополосную фильтрацию, что мы убедительно иллюстрируем излучаемыми широкополосными электромагнитными помехами в таблице ниже.

На предельные значения в диапазоне от 30 МГц до 1 ГГц это не повлияет.

Наша вторая версия преобразователя постоянного тока в постоянный ток 729 будет доступна в ближайшее время. Гибкость была оптимизирована, поэтому теперь очень легко реализовать преобразователи заряда аккумуляторов с источниками постоянного тока генератора, оптимизированного до 13,8 В, или автомобильного аккумулятора с конечным напряжением зарядки 28 В, 96 В или 144 В .

• Гальванически развязанный DC / DC преобразователь Demke 28V
• Гальванически развязанный DC / DC преобразователь Demke 96V
• Гальванически развязанный DC / DC преобразователь Demke 144V

Обратите внимание, что даже напряжение питания можно увеличить до 2×13.8В .

Примечания к мощности: до 0,8 кВт, возможна гальваническая развязка. Просто считайте максимальный входной ток ограничивающим фактором. Также учтите, что наши DC / DC преобразователи Demke можно подключить параллельно .

Здесь вы скоро найдете более подробную техническую информацию о понижающих преобразователях постоянного тока в постоянный с гальванической развязкой 7xx.

DC / DC преобразователи с гальванической развязкой

Солнечные панели 31

Солнечные панели монокристаллические 17 Солнечные панели поликристаллические 14 Монокристаллические солнечные панели Поликристаллические солнечные панели

Батареи Литиевые 98 Литиевые батареи 26Lithium SuperPack 8 Мониторы батарей и аксессуары 8Smart Battery Мониторы и аксессуары 2

Продукты CAN-bus 1Color Control 18Дистанционные панели и мониторинг 28VE.Продукты Net 7

Батареи прочие 62

AGM Deep Cycle (емкость C20) 12AGM Deep Cycle Telecom с резьбовыми вставными клеммами 3AGM Deep Cycle с резьбовыми вставными клеммами 6AGM Super Cycle с резьбовыми вставными клеммами 9GEL Deep Cycle (емкость C20) 7GEL Deep Cycle с резьбовыми вставные клеммы 1GEL OPzV трубчатая пластина 2В элементы 14Lead Carbon с резьбовыми вставными клеммами 2OPzS Солнечные батареи 2В элементы 8

Инверторы 54

Инвертор 12В 230В 6Инвертор 12В 230В Smart 2Inverter 24V 230V 6Inverter 24V 230V Smart 2Inverter 48V 230V 4Inverter 48V 230V Smart 2Inverter 48V 230V Smart 2.Direct 12V 230V 12Inverter VE.Direct 24V 230V 10Inverter VE.Direct 48V 230V 10

Зарядные устройства с инвертором 50

MultiPlus 12V 230V 12MultiPlus 24V 230V 10MultiPlus 48V 230V 11Quattro 12V 230V 2Quattro 24V 230V 3Quattroverter 230V Зарядные устройства

222 Зарядные устройства Blue Power 47

Принадлежности для зарядных устройств Blue Power IP65 Зарядные устройства Blue Power IP65 с разъемом постоянного тока – вилка CEE 7/16 2 Зарядные устройства Blue Power IP67 230 В переменного тока – вилка CEE 7/7 1Blue Smart Chargers IP22 230 В переменного тока – CEE 7/7 Plug 10Blue Smart Chargers IP65 с разъемом постоянного тока – CEE 7/16 Plug 7Blue Smart Chargers IP65 с разъемом постоянного тока – CEE 7/17 Plug 8Blue Smart Chargers IP67 230VAC – CEE 7/7 Plug 9

DC-DC преобразователи 56

DC / DC Преобразователи Неизолированные Преобразователи 10DC / DC Не изолированы IP67 Преобразователи 4DC / DC с гальванической изоляцией 7Orion-Tr DC-DC преобразователи Не изолированы 8Orion-Tr DC-DC преобразователи с гальванической изоляцией 27

Зарядные устройства большой мощности 47

Зарядные устройства Phoenix Smart / Skylla-S и сетевые шнуры 10 Зарядные устройства Centaur 11 Зарядные устройства Skylla TG 13 Зарядные устройства Phoenix 4Skylla-i 5Skylla-IP44 4 Зарядные устройства

на солнечных батареях 72 Контроллеры заряда

PWM с ЖК-дисплеем и USB 5MPPT Контроллеры заряда 14MPPT Контроллеры зарядки Smart ChargeM-9PPT Контроллеры заряда 9PWM 29P Контроллеры 7MPPT Wireboxes 8

Солнечные коллекторы 2

Комплекты солнечных коллекторов 1

Несущие конструкции 29 Анкерные крепления 3BS Несущие конструкции 13

Несущие конструкции для черепичных крыш 4 Несущие конструкции с комбинированными болтами 3BS для горизонтальных поверхностей 3BS с крючками из нержавеющей стали 3

Металлическая кровля пластины 4Профиль и элементы 5Винты и соединения 4Котлы / накопительные баки 23

Санитарные котлы и резервуары HSK 2Бойлеры и резервуары SMARTLINE Комбинированные котлы и резервуары 5TS-K Котлы и резервуары 2TS-S Котлы и резервуары 6VTS с 2 нагревательными элементами Котлы 4VTS и резервуары с 3 нагревательные элементы 4

Гидроузлы 2 Трубы и фитинги 36

Cop на трубы 2 Гибкие стальные трубы 3 Теплоизоляция для труб 2 Переходы и соединения для труб 31

Автоматизация солнечного коллектора 3

Датчики автоматизации солнечного коллектора 2 Программное обеспечение для автоматизации солнечного коллектора 1

Элементы системы солнечного коллектора 23

Деаэраторы 2 Электродвигатели 2 Расширительные баки 7 Расходомеры 1 Теплоносители 3 Теплообменники 3 Насосы 1 Заправочное оборудование 1 Десятки 3 Вакуумные адаптеры 1

Солнечные коллекторы на крыше – комплекты 16

Наборы коричневого цвета RAL 8017 TEX 4 Наборы цветов глины RAL 8017 TEX 4G Наборы лучей RAL 8017 TEX 4G Зеленые наборы RAL 8017 TEX 4

Инструменты и расходные материалы 4 Аккумуляторные изоляторы 45 90

Защита батарей 9 Диодные комбайнеры батарей 2 Изоляторы диодов 9 Изоляторы на полевых транзисторах 8 Комбайнер / изоляторы батарей с микропроцессорным управлением 7 Комбайнер / изоляторы литиевых батарей с микропроцессорным управлением 10

Электрические 40

Держатели предохранителей и предохранители ANL 3Shunts 4 Предохранители и другие предохранители 1MEGA Держатели предохранителей и предохранители 9MEGA Неисправные держатели предохранителей и предохранители 20 77 9 0102

Кабели 55 Изолирующий трансформатор 8 Береговые кабели, вводы и аксессуары 14

Мобильность 5

Продукты Exendis 4 Разное 1

Автоматические переключатели / распределение постоянного тока 8

Продукты Lynx 3 Коммутаторы переключения 5

Кабели и разъемы для солнечных панелей 12

Общие сведения об изолированном постоянном / постоянном токе регулировка напряжения преобразователя

Введение

Изолированные преобразователи постоянного тока в постоянный ток

требуются в широком диапазоне приложений, включая измерение мощности, промышленные программируемые логические контроллеры (ПЛК), источники питания драйверов на биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT), промышленные полевые шины и промышленную автоматизацию.Эти преобразователи часто используются для обеспечения гальванической развязки, повышения безопасности и повышения помехоустойчивости. Более того, их можно использовать для генерации нескольких шин выходного напряжения, включая шины двойной полярности.

С точки зрения точности регулирования выходного напряжения изолированные преобразователи постоянного / постоянного тока обычно делятся на три категории: регулируемые, нерегулируемые и полурегулируемые. В этой статье обсуждаются различные схемы регулирования и соответствующие топологии. Подробно рассмотрены факторы, влияющие на точность регулирования.Это приводит к некоторым конструктивным советам по повышению точности регулирования в практических конструкциях. Кроме того, представлены плюсы и минусы каждой схемы, чтобы дать рекомендации по выбору подходящего решения для конкретного приложения.

Обратная связь и управление изолированными преобразователями постоянного тока в постоянный

Изолированные преобразователи постоянного тока в постоянный обычно используют трансформатор для электрической изоляции выхода от входа силового каскада (рис. 1).

Рисунок 1.Блок-схема изолированного силового каскада преобразователя постоянного тока в постоянный

В изолированном преобразователе постоянного тока в постоянный с обратной связью (рис. опорное напряжение). Затем ошибка используется для настройки регулирующей переменной (рабочий цикл в этом примере), чтобы компенсировать отклонение выходного сигнала. Гальваническая развязка между цепями управления на первичной и вторичной сторонах также важна.Такая изоляция может быть достигнута с помощью трансформатора или оптрона. Предполагая, что опорное напряжение VREF является точным и стабильным по температуре, точность регулирования в основном зависит от точности измерения выходного напряжения (другими словами, насколько хорошо VSENSE соответствует VOUT).

Рис. 2. Обратная связь и управление изолированным DC / DC преобразователем с замкнутым контуром

Нерегулируемые изолированные преобразователи DC / DC

Нерегулируемые изолированные преобразователи DC / DC, также известные как изолированные DC / DC преобразователи с разомкнутым контуром, широко используются в приложениях, не требующих точного

Обзор DC – DC преобразователей с гальванически изолированным источником импеданса – Исследовательский портал Ольборгского университета

TY – JOUR

T1 – Обзор DC – DC преобразователей с гальванически развязанным импедансом

AU – Chub, Andrii

AU – Винников, Дмитрий

AU – Blaabjerg, Frede

AU – Peng, Fang Zheng

PY – 2016

Y1 – 2016

N2 – Преобразователи с источником импеданса, новая технология преобразования электроэнергии, преодолевающая ограничения традиционных решений за счет использования цепей с определенным импедансом-источником.В данной статье рассматриваются топологии преобразователей постоянного тока с гальванически изолированным источником импеданса. Эти преобразователи особенно подходят для систем распределенной генерации с возобновляемыми или альтернативными источниками энергии, которые требуют регулирования входного напряжения и нагрузки в широком диапазоне. Мы рассматриваем здесь базовые топологии для исследователей и инженеров и классифицируем все топологии гальванически изолированных преобразователей постоянного тока с источником импеданса в соответствии с элементом, который передает энергию от входа к выходу: трансформатор, связанный индуктор или их комбинация.Эта классификация раскрывает достоинства и недостатки, а также открывает широкие возможности для дальнейших исследований. В данной статье также обозначены наиболее перспективные направления исследований в этой области.

AB – Преобразователи источника импеданса, развивающаяся технология в области преобразования электроэнергии, преодолевают ограничения традиционных решений за счет использования сетей источника с определенным импедансом. В данной статье рассматриваются топологии преобразователей постоянного тока с гальванически изолированным источником импеданса. Эти преобразователи особенно подходят для систем распределенной генерации с возобновляемыми или альтернативными источниками энергии, которые требуют регулирования входного напряжения и нагрузки в широком диапазоне.Мы рассматриваем здесь базовые топологии для исследователей и инженеров и классифицируем все топологии гальванически изолированных преобразователей постоянного тока с источником импеданса в соответствии с элементом, который передает энергию от входа к выходу: трансформатор, связанный индуктор или их комбинация. Эта классификация раскрывает достоинства и недостатки, а также открывает широкие возможности для дальнейших исследований. В данной статье также обозначены наиболее перспективные направления исследований в этой области.

кВт – Преобразователи постоянного тока в постоянный

кВт – Гальваническая развязка

кВт – Преобразователи импеданс-источник (IS)

кВт – Возобновляемые источники энергии

U2 – 10.1109 / TPEL.2015.2453128

DO – 10.1109 / TPEL.2015.2453128

M3 – Журнальная статья

VL – 31

SP – 2808

EP – 2828

JO – Транзакции IEEE на Power Electronics 9000 – IEEE

JF on Power Electronics

SN – 0885-8993

IS – 4

ER –

Amazon.com: Полностью изолированный преобразователь постоянного тока Samlex 100 Вт – вход 8A – вход 9-18 В

---

Цена:

134 доллара.24 + $ 57,00 перевозки

• Обеспечивает строго регулируемое выходное напряжение постоянного тока 12.5 В для диапазона входного постоянного напряжения 9-18 В и номинального выходного тока 8 А
• Полностью изолированный, Защита от короткого замыкания, Ограничение тока
• Поставляется с быстроразъемными разъемами ¼ дюйма с плоским лезвием.
• Защита: перегрузка / короткое замыкание на выходной стороне, перенапряжение на выходной стороне, перенапряжение / переходные процессы на входной стороне, обратная полярность на входной стороне, перегрев
• Размеры 6 дюймов x 3,5 дюйма x 1,9 дюйма, вес 1,2 фунта

.