Бюджетный и надежный источник питания для маломощного устройства? – Mornsun!

1 апреля

системы безопасностиучёт ресурсовавтоматизацияинтернет вещейуниверсальное применениеMornsunстатьяисточники питанияМодуль питаниякомпактный источник питанияисточник питания на плату

Александр Русу (г. Одесса)

Компактные источники питания Mornsun изготавливаются как в виде миниатюрных открытых печатных плат (семейство LS с мощностью 1…15 Вт; семейство LO мощностью 3…65 Вт), устанавливаемых на основную плату устройства, так и в виде корпусированных модулей с повышенным уровнем защиты и надежности (семейства LD/LH мощностью 2…60 Вт).

В последнее время список устройств c питанием от сети пополнился огромным количеством небольших автоматизированных приборов, используемых как в промышленности, так и в домашних интеллектуальных системах – например, устройства интернета вещей и контроллеры умного дома. Их отличительными особенностями являются небольшая потребляемая мощность, компактные размеры и круглосуточный режим работы, в то время как класс безопасности, уровень излучения электромагнитных помех и условия эксплуатации могут существенно отличаться в зависимости от конкретного назначения прибора.

Соответственно, возросла потребность в компактных источниках питания, которые можно быстро интегрировать в разрабатываемое оборудование и легко адаптировать под требования конкретного технического задания. Кроме того, встраиваемые источники питания должны быть недорогими и иметь высокий КПД, ведь большинство подобных приложений должно работать в постоянном режиме и быть энергоэффективным.

Именно к этому типу устройств и относится основная продукция известного производителя источников питания – компании Mornsun. На сегодняшний день Mornsun предлагает своим клиентам множество комплексных решений электропитания в таких актуальных областях как бытовое, промышленное и медицинское оборудование, автомобильный и железнодорожный транспорт, возобновляемые источники энергии и многие другие. Ниже мы рассмотрим одноканальные источники питания, которые можно установить на печатную плату как обычный радиоэлемент.

Серия LS

Модули серии LS (рисунок 1) могут стать отличной основой для создания недорогих высокоэффективных компактных источников питания с выходной мощностью 1…15 Вт. Ключевой особенностью данной серии является высокая гибкость, позволяющая разработчику максимально точно реализовать даже самое сложное и нестандартное техническое задание.

Рис. 1. Внешний вид модулей серии LS

Рис. 1. Внешний вид модулей серии LS

Как известно, основными характеристиками любого источника питания являются номинальное выходное напряжение и максимальный выходной ток, произведение которых равно максимальной выходной мощности – ключевому параметру, от которого в значительной мере зависят масса, габариты и стоимость устройства. Однако кроме выходной мощности на результирующую стоимость подсистемы электропитания оказывает влияние и множество других характеристик, среди которых диапазон колебаний напряжения сети, коэффициент пульсаций выходного напряжения, уровень эмиссии электромагнитных помех, класс безопасности приложения и многие другие.

На практике это приводит к тому, что источники питания одинаковой мощности могут иметь совершенно разную стоимость, зависящую, в том числе, от типа фильтра высокочастотных помех, количества защитных элементов на входе и выходе, энергетической емкости фильтрующих конденсаторов и многого другого. А еще это значит, что стандартные источники питания хороши лишь для решения стандартных задач, и их использование в иных ситуациях нецелесообразно. Например, нет смысла использовать блоки питания с гальванической развязкой или высоким классом защиты от эмиссии высокочастотных помех в приложениях, где это не требуется.

Именно для таких случаев и разработаны модули серии LS, являющиеся, с одной стороны, функционально законченными узлами, не требующими от разработчика понимания специфических тонкостей импульсного преобразования электрической энергии, а с другой – допускающими возможность гибкого конфигурирования параметров конечного выпрямительного устройства под требования конкретного приложения.

Большинство модулей этой серии выпускается в виде небольших печатных плат, подключающихся к схеме с помощью шести выводов: двух – ко входу, двух – к выходу и двух – ко внешнему накопительному конденсатору (C1) (рисунок 2).

Рис. 2. Типовая схема подключения модулей серии LS

Рис. 2. Типовая схема подключения модулей серии LS

Перемещение накопительного конденсатора за пределы модуля позволяет максимально оптимизировать размеры системы за счет расположения этого габаритного радиоэлемента в наиболее удобном месте основной печатной платы (конечно, в разумных пределах), а также оптимально подобрать его емкость в зависимости от задачи. Например, из-за высокого максимально допустимого входного напряжения модулей LS05-16BxxSS, достигающего 745 B DC, их входной сглаживающий фильтр, скорее всего, будет образован последовательным соединением двух конденсаторов с напряжением 450 B (рисунок 3), поскольку электролитические конденсаторы с большим напряжением выпускаются ограниченным количеством производителей и имеют высокую стоимость.

Рис. 3. Типовая схема подключения высоковольтных модулей серии LS05-16BxxSS

Рис. 3. Типовая схема подключения высоковольтных модулей серии LS05-16BxxSS

Аналогичный подход применен и для остальных внешних узлов: входных и выходных защитных элементов, фильтра высокочастотных помех и выходного сглаживающего фильтра. Возможность выбора этих элементов позволяет разработчику на основе одного и того же модуля спроектировать устройства, например, с разным классом безопасности по ГОСТ IEC 60335-1-2015 или ГОСТ IEC 62368-1-2014 или с разным уровнем электромагнитной совместимости по стандарту EN 55032 (рисунок 4).

Рис. 4. Варианты входной защитной цепи и фильтра высокочастотных помех выпрямительных устройств на основе модулей LS

Рис. 4. Варианты входной защитной цепи и фильтра высокочастотных помех выпрямительных устройств на основе модулей LS

Модули LS выпускаются с шестью наиболее популярными выходными напряжениями: 3,3, 5, 9, 12, 15 и 24 В и максимальным выходным током от 200 мА (LS01-15BххSS) до 3 А (LS10-13BххSS), что при напряжении 5 В обеспечивает выходную мощность 1…15 Вт (таблица 1). Электрическая прочность изоляции между входом и выходом большинства модулей равна 3 кВ, однако в наиболее популярном диапазоне мощностей 3 Вт и 5 Вт присутствуют модули с изоляцией, усиленной до 4 кВ: LS03-16BххSS, LS05-15BххSS.

Таблица 1. Технические характеристики модулей LS

Наименование Выходная мощность, Вт Входное напряжение, В АС Выходное напряжение, В DC Прочность изоляции, В Размеры, мм
LS01-15BxxSS(-F) 1 85…305 5…24 3000 35x18x11
LSxx-K3BxxSS 1, 3 85…305 5, 12 16x15x10
LS03-15BxxSR2S(-F) 3 85…305 3,3…24 3000 35x18x11
LS03-16BxxSS(-F) 3 90…528 3,3…24 4000 45x13x24
LS05-15BxxSS(-F) 5 85…264 3,3…24 3000 42x14x20
LS05-13BxxSR2S 5 85…305 3,3…24 3000 35x18x11
LS05-26BxxSS(-F) 5 90…528 3,3…24 4000 45x13x24
LS08-13BxxSS 8 85…305 3,3…24 3000 45x24x15
LS10-13BxxSS 10 85…305 3,3…24 3000 45x24x15
LS15-13BxxSS 15 85…305 3,3…24 3000 45x24x15
LSC15-26Mxx 15 45…528 5…24 4000 37x24x4,7

Особенностью модулей LS является возможность подачи на вход как переменного, так и постоянного напряжения, способного, к тому же, изменяться в широких пределах. Например, большинство плат этой серии обеспечивает заявленную мощность в диапазоне входных напряжений 85…305 В AC и 100…430 В DC. Кроме этого, в семействе LS присутствуют модули LS03-16BххSS с расширенным диапазоном входного напряжения, составляющим 90…528 В AC. Это позволяет подключать их напрямую к двум фазным проводам промышленной сети 220/380 В без использования каких-либо дополнительных согласующих устройств.

Конструктивно источники питания данной серии изготовляются в виде компактных модулей, которые могут устанавливаться на основную печатную плату вертикально, а при наличии суффикса -F в маркировке – горизонтально.

В линейке имеются также два ультракомпактных модуля LS01-K3BххSS, отличающихся отсутствием изоляции между входом и выходом (рисунок 5), которые можно использовать в приложениях, не требующих гальванической развязки, например, для питания беспроводных промышленных датчиков, не рассчитанных на непосредственное взаимодействие с оператором.

Рис. 5. Модуль питания без гальванической развязки на основе модулей LS01-K3BххSS

Рис. 5. Модуль питания без гальванической развязки на основе модулей LS01-K3BххSS

Основными приложениями для модулей серии LS являются компактные малопотребляющие приборы для бытовых и промышленных автоматизированных систем, в том числе и устройства интернета вещей и умного дома. Однако реальная область применения этих модулей гораздо шире, поскольку благодаря расширенному диапазону рабочих температур -40…85°C и возможности гибкой конфигурации входных и выходных цепей их можно использовать в самых разных приложениях, в том числе и при жестких условиях эксплуатации и повышенных требованиях к уровню безопасности.

Серия LO

Однако не все технические задания нестандартны. Существует множество случаев, когда нужно максимально быстро и дешево обеспечить питание оборудования типовым напряжением в типовых условиях эксплуатации. И если потребляемая мощность оборудования находится в диапазоне 3…65 Вт, то эту задачу можно решить с помощью модулей серии LO (рисунок 6), большинство из которых также можно установить на печатную плату как обычный электронный компонент.

Рис. 6. Внешний вид модулей серии LO

Рис. 6. Внешний вид модулей серии LO

Отличительной особенностью модулей серии LO является меньшее по сравнению с представителями серии LS количество требуемых внешних компонентов. Фактически источники питания серии LO являются функционально законченными устройствами, однако производитель в типовых схемах включения все же рекомендует использовать дополнительные фильтрующие конденсаторы и защитные элементы (рисунок 7).

Рис. 7. Типовые схемы включения модулей серии LO

Рис. 7. Типовые схемы включения модулей серии LO

Так же, как в серии LS, класс безопасности и уровень электромагнитной совместимости выпрямительных устройств на основе модулей LO можно гибко регулировать путем выбора соответствующих защитных элементов и фильтров высокочастотных помех, которые могут быть как собственной разработки, так и производства компании Mornsun. Например, во входных цепях источников питания, построенных на основе модулей LS и LO, можно использовать фильтры электромагнитных помех FC-xxxD (рисунок 8), которые, кстати, также можно установить на печатную плату как обычный радиоэлемент.

Рис. 8. Внешний вид и электрическая схема фильтров FC-LX1D

Рис. 8. Внешний вид и электрическая схема фильтров FC-LX1D

Значения выходных напряжений модулей LO (таблица 2) аналогичны значениям напряжений линейки LS, за исключением модуля LO10-24B13K, имеющего несколько нестандартное выходное напряжение 13 В. Электрическая прочность изоляции между входом и выходом для большинства модулей равна 3 кВ AC, при этом в некоторых сериях, например, в LO10-24BххK, она усилена до 4 кВ.

Таблица 2. Технические характеристики модулей LO

Наименование Выходная мощность, Вт Входное напряжение, В АС Выходное напряжение, В DC Прочность изоляции, В Размеры, мм
LO03-10Bxx 3 85…264 3,3…24 3000 42x16x7
LO03-10B12-C 3 85…264 12 3000 41x18x20
LO05-12Bxx 5 165…264 3,3…24 3000 42x16x17
LO10-24BxxK 10 30…280 5…13 4000 80x40x30
LO15-10Bxx 15 85…264 3,3…24 3000 64x46x19
LO30-10Bxx 30 85…264 3,3…48 3000 76x51x27
LO45-10Bxx 45 85…264 3,3…48 3000 76x51x30
LO65-10Bxx 65 85…264 3,3…48 3000 76x51x30

Модули LO небольшой мощности (до 15 Вт) выпускаются в виде печатных плат, предназначенных для монтажа в отверстия. Более мощные модули из-за большой массы требуют дополнительного крепления с помощью винтов и имеют соответствующие разъемы для подключения входа и выхода, что позволяет устанавливать их не только на печатных платах, но и на шасси устройства.

Как и серия LS, модули LO предназначены для использования в компактных малопотребляющих приборах бытовой и промышленной автоматизации и являются отличным выбором при решении стандартных задач по электропитанию небольших устройств.

Серии LD и LH

Несмотря на широкий диапазон рабочих температур и влажности, всегда возникнет задача, когда уровня защиты модулей LS и LO окажется недостаточно. В этом случае необходимо обратить внимание на источники питания серий LD и LH, выпускаемые в компактных, герметичных, залитых компаундом корпусах из материала, соответствующего классу горючести V0 при испытаниях по стандарту UL94.

Модули LD и LH являются функционально законченными источниками питания, однако для их безопасной работы все равно требуются несколько внешних компонентов. Как минимум, во входной цепи устройства должна присутствовать плавкая вставка, обеспечивающая защиту от перегрузки по току при выходе модуля из строя. В целом, рекомендуемая схема подключения модулей LD и LH не отличается от рассмотренной выше схемы подключения модулей серии LO (рисунок 7), и в качестве защитных элементов и фильтров высокочастотных помех можно использовать те же узлы и модули, что и в рассмотренных выше сериях.

Поскольку схемотехника блоков питания на основе модулей LD и LH не отличается ни сложностью, ни разнообразием, а сами задачи электропитания большинства устройств обычно являются стандартными, компания Mornsun для расширения области применения своей продукции выпускает их в нескольких конструктивных вариантах. Кроме базовой версии, рассчитанной для установки на печатную плату, можно приобрести функционально законченные блоки питания, спроектированные для установки на шасси с помощью винтов – модули с суффиксом A2, – или с помощью специальных креплений на DIN-рейку – модули с суффиксом A4 (рисунок 9). Кроме этого, в наиболее востребованном диапазоне мощностей 3 и 5 Вт можно приобрести модули LD в корпусах с проволочными выводами – модули с суффиксом W.

Рис. 9. Внешний вид модулей серии LD и LH

Рис. 9. Внешний вид модулей серии LD и LH

Обратите внимание, что большинство модулей LD выпускается в одноканальном однополярном варианте, в то время как в серии LH модули могут быть как одноканальные (двухполярные с суффиксом A и однополярные с суффиксом B), так и двухканальные (с суффиксами C и D). Поэтому в выпрямителях LH, рассчитанных на крепление к шасси или DIN-рейке, обычно присутствуют три входных (фаза, ноль, земля) и пять выходных клемм, независимо от количества и типа выходных каналов.

Электрическая прочность изоляции между входными и выходными цепями большинства модулей LD и LH равна 3 или 4 кВ при тестировании переменным напряжением, что в совокупности с герметизацией схемы расширяет область практического применения, позволяя использовать их, в том числе, и в медицинской технике определенного уровня защиты.

Как и у рассмотренных выше серий LS и LO, входное напряжение модулей LD и LH может быть как переменным, так и постоянным, и способно колебаться в широких пределах значений (таблица 3). Для большинства модулей оно может находится в диапазоне 85…до 305 В при питании от сети переменного тока и 100…370 В при подключении к источнику постоянного напряжения. При этом в линейке присутствуют такие модули как, например, LD03-16Bxx, у которых диапазон рабочих напряжений расширен до 90…524 В.

Таблица 3. Технические характеристики модулей LD и LH

Наименование Выходная мощность, Вт Входное напряжение, В АC Выходное напряжение, В DC Прочность изоляции, В Размеры, мм
LD01-10Bxx 1 85…305 3,3…24 3000 34x22x18
LDE02-23Bxx 2 85…305 3,3…24 4000 34x22x18
LD02-10Bxx 2 85…305 5 3000 34x22x18
LDE03-20Bxx-O 3 85…264 3,3…24 4000 37x25x18
LDE03-20BxxWG 3 85…264 5…24 4000 32x27x22
LDE03-20BxxW 3 85…264 3,3…24 4000 37x25x18
LDE03-20Bxx 3 85…264 3,3…24 4000 37x25x18
LD03-16Bxx 3 90…528 3,3…24 3000 51x25x15
LD03-20Bxx-C 3 85…264 3,3…24 4000 37x25x18
LDE05-23Bxx 5 85…305 3,3…24 4000 51x25x15
LDE05-20BxxW 5 85…264 3,3…24 4000 37x25x18
LDE05-20Bxx 5 85…264 3,3…24 4000 37x25x18
LD05-23Bxx 5 85…305 3,3…24 3000 51x25x15
LD05-20BxxMU 5 85…264 5,1…24 4000 54x29x19
LD05-20Bxx 5 85…264 3,3…24 4000 51x25x15
LD05-20Bxx-C 5 85…264 3,3…24 4000 37x25x18
LHE05-20Bxx 5 85…264 3,3…24 4000 49x36x21
LH05-13Bxx 5 85…305 5…24 3000 55x45x21
LH05-10Bxx 5 85…264 5…24 3000 49x36x21
LDE06-20Bxx 6 85…264 3,3…24 4000 51x25x15
LDE10-20Bxx 10 85…264 3,3…24 4000 54x29x19
LD10-26Bxx 10 90…528 3,3…24 4000 62x45x30
LDE10-23Bxx 10 85…305 3,3…24 4000 54x29x19
LD10-13Bxx 10 85…305 3,3…24 3000 54x29x19
LDE10-20Bxx 10 85…264 5…24 4000 54x29x19
LH10-10BxxER2 10 85…264 5…24 3000 62x45x30
LH10-13Bxx 10 85…305 5…24 3000 55x45x21
LHE10-20Bxx 10 85…264 3,3…24 4000 55x45x21
LHE10-23Bxx 10 85…305 3,3…24 4000 55x45x21
LH10-10Bxx 10 85…264 5…24 3000 55x45x21
LH10-10Dxx 10 85…264 5…24 3000 55x45x21
LH10-10Cxx 10 85…264 5…24 3000 55x45x21
LDE12-20Bxx 12 85…264 3,3…24 4000 54x29x24
LDE15-20Bxx 15 85…264 3,3…24 4000 54x29x24
LHE10-23Bxx 15 85…305 3,3…48 4000 62x45x23
LH15-10BxxER2 15 85…264 5…24 3000 62x45x30
LH15-13Bxx 15 85…305 3,3…48 3000 62x45x23
LH15-20BxxMU 15 85…264 5…24 4000 62x45x23
LHE15-20Bxx 15 85…264 3,3…24 4000 62x45x23
LH15-10Bxx 15 85…264 3,3…48 3000 62x45x23
LDE20-20Bxx 20 85…264 3,3…24 4000 54x29x24
LD20-26Bxx 20 90…528 3,3…24 4000 70x48x30
LD20-10Bxx 20 85…264 12…24 3000 54x29x24
LH20-13Bxx 20 85…305 3,3…24 3000 70x48x24
LHE20-20Bxx 20 85…264 3,3…24 4000 62x45x23
LH20-10Bxx 20 85…264 3,3…24 3000 70x48x24
LHE25-23Bxx 25 85…305 3,3…48 4000 70x48x24
LH25-10BxxER2 25 85…264 5…24 3000 62x45x30
LH25-13Bxx 25 85…305 3,3…48 3000 70x48x24
LH25-20BxxMU 25 85…264 5…24 4000 70x48x24
LHE25-20Bxx 25 85…264 3,3…48 4000 70x48x24
LH25-10Bxx 25 85…264 5…48 3000 70x48x24
LHE40-23Bxx 40 85…305 3,3…48 4000 89x64x25
LHE40-20Bxx 40 85…264 3,3…48 4000 89x64x25
LH40-10Bxx 40 85…264 3,3…48 3000 89x64x25
LDE45-20Bxx 45 85…264 5…48 4000 87x52x30
LDE60-20Bxx 60 85…264 5…48 4000 87x52x30
LHE60-20Bxx 60 85…264 5…48 4000 109x59x30
LHE60-23Bxx 60 85…305 5…48 4000 109x59x30
LH60-20Bxx(-DT) 60 90…264 5…24 3000 109x59x30

На основе модулей LD и LH можно создать полноценный источник питания с выходной мощностью 1…60 Вт с выходным напряжением 3,3, 5, 9, 12, 15, 24 или 48 В. Большинство модулей LD и LH имеет стандартные для подобных узлов виды защит: защиту от коротких замыканий, защиту от перегрузки по току и от перенапряжений на выходе (рекомендуемый TVS-диод на выходе обеспечивает дополнительную защиту питаемого оборудования от перенапряжений в случае выхода из строя самого модуля). Кроме этого, компания Mornsun выпускает специализированные блоки с суффиксом -O, допускающие в течение 10 секунд четырехкратную перегрузку по току. Очевидно, что периодическая работа в столь жестких режимах может привести к катастрофическому повышению температуры полупроводниковых компонентов и последующему выходу их из строя, поэтому в модулях с суффиксом -О, кроме стандартных видов защит, реализована встроенная защита от перегрева.

Заключение

Компания Mornsun обеспечивает комплексный подход к решению вопроса питания маломощных устройств от промышленной сети переменного тока, предлагая своим клиентам большое количество простых, бюджетных и вместе с тем эффективных решений. Следует также отметить, что предлагаемые модули реализованы на основе собственных оригинальных разработок компании, что позволило сократить до минимума количество используемых компонентов. Кроме того, наличие собственного производства с высокой степенью автоматизации и контролем каждого технологического процесса позволяет не только снизить стоимость, но и обеспечить высокую повторяемость технических характеристик выпускаемой продукции, с помощью которой можно решить большинство практических задач.

•••

Наши информационные каналы

О компании Mornsun

Mornsun – высокотехнологичная компания, основанная в 1998 году в Китае. В настоящий момент является одним из национальных лидеров на рынке источников питания. Основным видом продукции являются DC/DC и AC/DC преобразователи, устанавливаемые на печатную плату. Кроме того, компания выпускает сетевые адаптеры, драйверы IGBT, устанавливаемые на плату фильтры ЭМП, изолирующие усилители и оригинальные микросхемы собственной разработки для изготовления импульсных AC/DC и DC/DC преобразователей. Выпускае ...читать далее

Товары
Наименование
LDE02-23B03 (MORNSUN)
LDE02-23B05 (MORNSUN)
LDE03-20B12 (MORNSUN)
LDE03-20B15 (MORNSUN)
LDE05-20B12 (MORNSUN)
LDE10-20B05 (MORNSUN)
LDE10-20B12 (MORNSUN)
LDE10-23B12 (MORNSUN)
LHE10-20B05 (MORNSUN)
LHE20-20B12 (MORNSUN)
LO03-10B03 (MORNSUN)
LO03-10B05 (MORNSUN)
LS01-15B05SS (MORNSUN)
LS01-K3B05SS (MORNSUN)
LS03-15B12SR2S (MORNSUN)
LS03-K3B12SS (MORNSUN)
LS05-13B03SR2S (MORNSUN)
LS05-13B05SR2S (MORNSUN)
LS05-13B12SR2S (MORNSUN)
LS05-13B24SR2S (MORNSUN)