Продукция Mornsun для технологии IoT и устройств умного дома

30 ноября 2021

телекоммуникациисистемы безопасностиучёт ресурсовпотребительская электроникаавтоматизацияинтернет вещейMornsunстатьяисточники питанияAC-DCDC-DCPOL

Константин Кузьминов (г. Заполярный)

AC/DC- и DC/DC-преобразователи производства компании Mornsun незаменимы для питания приборов, входящих в системы интернета вещей и умного дома. Высокая эффективность, экономичность и универсальность продукции Mornsun позволяют применять данные компоненты практически в любой сфере, однако миниатюрные размеры и минимальное количество внешних компонентов делают серии LS-R3 и уникальную серию K78-R4, практически не имеющую аналогов, идеальными для создания новых или усовершенствования уже действующих компонентов систем IoT и умного дома.

Проектирование устройств для технологий интернета вещей (IoT) и умного дома ставит перед разработчиком задачу выбора самого подходящего источника питания. Функционирование подобных устройств включает в себя работу различных систем, датчиков и исполнительных механизмов, поэтому требует разных вариантов питания: как от бытовой электросети переменного тока, так и от источников постоянного тока. Различный спектр задач, выполняемых устройствами IoT и умного дома, часто требует от источников питания миниатюрности исполнения, высокого КПД и безопасности. Применение готовых источников питания позволяет упростить и ускорить разработку устройства, но может быть ограничено другими факторами, например, стоимостью и габаритами. Разработка собственного импульсного преобразователя способна идеально удовлетворить требования устройства, но может потребовать значительного времени. Кроме того, подобное решение может оказаться негибким и экономически невыгодным при производстве небольших партий.

В этом случае оптимальное решение – применение в разработке собственного источника питания готовых модулей импульсного преобразователя. Это позволяет значительно сократить время проектирования и расходы производства, сохранив возможность использовать только необходимый функционал источника питания, в достаточной степени управлять его размерами и обеспечивать безопасность, эффективность и предсказуемость при эксплуатации.

Для создания изолированных источников питания небольшой мощности, подключаемых к бытовой сети 230 В, компания Mornsun предлагает модули LS-R3, представляющие собой небольшую печатную плату для вертикального (в основном) или горизонтального монтажа, на которой расположены компоненты основного ядра импульсного преобразователя: первичный диодный мост, ИС ШИМ-контроллера, трансформатор и вторичный диод. Представитель самой младшей серии LS03-13BххR3 изображен на рисунке 1.

Рис. 1. Модуль импульсного преобразователя LS03-13BххR3 производства компании Mornsun

Рис. 1. Модуль импульсного преобразователя LS03-13BххR3 производства компании Mornsun

Особенности модулей LS-R3

  • широкий диапазон входного напряжения:
    • 85…305 В AC частотой 47…63 Гц;
    • 70…430 В DC для модулей LS03 и LS05;
    • 100…430 В DC для LS10.
  • диапазон рабочих температур окружающей среды ‑40…85°С;
  • компактный размер и малый вес;
  • потребляемая мощность без нагрузки 0,1 Вт;
  • защита от перегрузки по току;
  • изоляция 3000/3600 В АС между первичной и вторичной цепями;
  • сертификат безопасности IEC/EN/UL62368.

Семейство LS-R3 состоит из 3 групп модулей на стандартные напряжения 3,3…24 В и мощностью до 15 Вт. Основное отличие групп – мощность и размер. Кроме того, модули серий LS10-13BххR3 имеют дополнительную защиту от перенапряжения на выходе. Основные данные модулей LS-R3 приведены в таблице 1.

Таблица 1. Семейство преобразователей Mornsun серии LS-R3

Наименование Мощ-
ность, Вт
Номинальные выходные Погреш-
ность выходного напря-
жения, %
КПД при работе от 230 В АС, % Макс. емкостная нагрузка, мкФ Изоляция, В Размер, мм Вес, г
Напря-
жение, В
Ток, мА
До 3 Вт
LS03-13B03R3 1,98 3,3 600 ±5 67 820 3000 AC 26,40×12,58×11,00 3,5
LS03-13B05R3 3 5 600 72 680
LS03-13B09R3 9 333 76 470
LS03-13B12R3 12 250 77 470
LS03-13B15R3 15 200 78 330
LS03-13B24R3 24 125 80 200
До 5 Вт
LS05-13B03R3 3,3 3,3 1000 ±5 69 2200 3600 AC;
5000 DC
26,40×14,73×11,00;
27,84×11,60×17,60 (F)
5,2;
5,6 (F)
LS05-13B05R3 5 5 1000 76 1500
LS05-13B09R3 9 560 77 680
LS05-13B12R3 12 420 79 470
LS05-13B15R3 15 340 79 330
LS05-13B24R3 24 210 81 100
До 10 Вт
LS10-13B03R3 6,6 3,3 2000 ±3 73 1500 3600 AC;
5000 DC
32,00×17,20×15,05 8,2
LS10-13B05R3 10 5 2000 ±2 77 1500
LS10-13B09R3 9 1100 80 1000
LS10-13B12R3 12 830 82 680
LS10-13B15R3 15 670 82 470
LS10-13B24R3 24 420 83 330

Наличие индекса «F» у некоторых моделей означает, что модуль изготовлен для горизонтальной установки, к нему дополнительно прилагается переходник в виде печатной платы, выходы которой повторяют выходы модуля. Защита при перегрузке по току срабатывает в случае превышения максимума на 10%.

На графиках, изображенных на рисунке 2, показано, что максимальная нагрузка ограничена температурой окружающей среды и граничными значениями входного напряжения. Это необходимо учитывать при разработке, так как модули имеют лишь естественное воздушное охлаждение.

Рис. 2. Зависимость выходной мощности от температуры и входного напряжения модулей LS-R3

Рис. 2. Зависимость выходной мощности от температуры и входного напряжения модулей LS-R3

Диапазон нагрузки, при котором обеспечивается стабильность выходных параметров и высокий КПД преобразования, должен находиться в пределах 10…100%. На графиках, представленных на рисунке 3, видно, что эксплуатация преобразователей LS03-RBxx-R3 будет наиболее оптимальной при входном напряжении переменного тока в 115…230 В и при токе потребления от 40% до максимального. Схожими характеристиками обладают и остальные модули, за исключением LS10-RB05-R3, эффективность преобразования которого практически линейна в диапазоне нагрузки 10…100% (график зеленого цвета).

Рис. 3. Зависимости КПД преобразования от входного напряжения и тока нагрузки LS-R3

Рис. 3. Зависимости КПД преобразования от входного напряжения и тока нагрузки LS-R3

Чтобы на базе модуля LS-R3 построить полноценный источник питания, к нему необходимо добавить несколько внешних компонентов, определяемых условиями эксплуатации. Для построения источников питания IoT-устройств и устройств умного дома, компания Mornsun предлагает вариант, показанный на рисунке 4.

Рис. 4. Схема источника питания для устройств IoT и умного дома на основе преобразователя LS-R3

Рис. 4. Схема источника питания для устройств IoT и умного дома на основе преобразователя LS-R3

Красным пунктиром выделены модули фильтров подавления помех 3 класса и обеспечения ЭМС класса B, при необходимости соответствия другим классам их легко изменить. Для данных вариантов фильтров рекомендуемые номиналы компонентов указаны в таблице 2.

Примечание: обозначение конденсаторов дополнительными символами «X» и «Y» указывает на соответствующий класс конденсаторов. Класс X используется для подавления дифференциальных помех, Y – синфазных. К конденсаторам этих классов предъявляются повышенные требования, поэтому установка вместо них обычных конденсаторов недопустима. Классы X и Y подразделяются на два подкласса: X1 и X2, Y1 и Y2. В схеме на рисунке 4 в данном случае указан не подкласс, а позиционный номер. Поскольку устройства IoT и умного дома, как правило, запитаны от бытовой сети, допустимо применение конденсаторов подклассов X2 и Y2, рассчитанных на эксплуатацию в сетях с номинальным напряжением до 250 В. Установка конденсаторов СY обязательна, так как из-за паразитной межобмоточной емкости трансформатора и высокой частоты на выходе преобразователя образуется синфазная помеха, напряжение которой может достичь опасных для человека значений. Конденсаторы CY1 и CY2 образуют более короткий путь для помехи.

Таблица 2. Номиналы компонентов фильтров классов 3 и B

Модуль/компонент R1 CX LDM
LS03-RBxx-R3 Проволочный;
12 Ом; 3 Вт
0,1 мкФ; 310 В 1,2 мГн; 4 Ом; 0,2 А
LS05-RBxx-R3
LS10-RBxx-R3 Проволочный;
6,8 Ом; 3 Вт
2,2 мГн; 4 Ом; 0,24 А

Компоненты, перечисленные в таблице 3, являются обязательными к установке. Для соответствия требованиям сертификации безопасности к конденсатору CX должен быть параллельно установлен резистор R2, рекомендуемое значение сопротивления – менее 3,8 МОм. Конденсатор C1 должен выдерживать ток пульсаций частотой 100 кГц: 200 мА для LS03-LS05 и 300 мА для LS10. Конденсаторы С2, С3 и С4 рекомендуется использовать с низким ESR.

Необязательные элементы:

  • C5 – керамический конденсатор, используемый для фильтрации высокочастотного шума (обычно применяется 0,1 мкФ,50 В);
  • TVS – защитный диод с напряжением в 1,2 раза больше выходного напряжения модуля.

Таблица 3. Номиналы внешних обязательных компонентов преобразователей серии LS-R3

Модуль/компонент С1 С2 С3 CY1, CY2 L1 Fuse
LS03-13B03R3 10 мкФ; 450 В
(-25…85°С; 85…305 В AC;
-40…85°С; 165…305 В AC);
22 мкФ; 450 В;
(-40…85°С; 85…305 В AC)
470 мкФ;
6,3 В
150 мкФ;
35 В
2,2 нФ;
250 В AC
4,7 мкГн;
60 Мом;
2,2 A
1 А
медленного типа
LS03-13B05R3 270 мкФ;
16 В
LS03-13B09R3 47 мкФ;
35 В
LS03-13B12R3
LS03-13B15R3 220 мкФ;
35 В
LS03-13B24R3
LS05-13B03R3 10 мкФ; 450 В;
(-25…85°С, 85…305 В AC;
-40…85°С, 165…305 В AC);
22 мкФ, 450 В;
(-40…85°С, 85…305 В AC)
820 мкФ;
6,3 В
100 мкФ;
35 В
LS05-13B05R3 470 мкФ;
16 В
LS05-13B09R3 270 мкФ;
16 В
47 мкФ;
35 В
LS05-13B12R3
LS05-13B15R3 220 мкФ;
35 В
LS05-13B24R3
LS10-13B03R3 22 мкФ; 450 В 820 мкФ;
16 В
150 мкФ;
35 В
2,2 мкГн;
15 Мом;
6,5 A
LS10-13B05R3
LS10-13B09R3 270 мкФ;
16 В
LS10-13B12R3
LS10-13B15R3 470 мкФ;
35 В
100 мкФ;
35 В
LS10-13B24R3

Как правило, IoT-устройства и устройства умного дома не предполагают воздействие вибраций, однако если подобное все-таки может произойти, рекомендуется дополнительно зафиксировать модуль на основной плате при помощи специального клея. Для удобства размещения модуля на печатной плате в процессе разработки источника питания на сайте компании Mornsun доступна 3D-модель в формате STEP.

Если при проектировании устройств использование полностью готовых источников питания видится лучшим решением, то Mornsun предлагает малогабаритные инкапсулированные (залитые компаундом) импульсные преобразователи серии LD-R2 (рисунок 5), требующие минимального числа внешних компонентов.

Рис. 5. Импульсные AC/DC-преобразователи Mornsun серии LD-R2

Рис. 5. Импульсные AC/DC-преобразователи Mornsun серии LD-R2

Серия LD-R2 подразделяется по мощности на несколько групп 3…30 Вт. Мощность указана первыми двумя цифрами после обозначения «LD». Модели с префиксом «W», например, LD05-23BxxWR2, имеют проводные выводы, а с суффиксами «A2S» и «A4S» – колодку с клеммами и возможность крепления на DIN-рейку (A4S), остальные модули предназначены для выводного монтажа на печатную плату.

Особенности модулей LD-R2

  • широкий диапазон входного напряжения: 85…305 В AC частотой 47…63 Гц и 100…430 В DC;
  • диапазон рабочих температур окружающей среды ‑40…85°С;
  • компактный размер;
  • потребляемая мощность без нагрузки 0,1 Вт;
  • защита от перегрузки по току;
  • работоспособность на высотах до 5000 м над уровнем моря;
  • пластиковый корпус, соответствующий требованиям пожаробезопасности UL94V-04;
  • изоляция 3600/4000/4200 В АС между первичной и вторичной цепями;
  • сертификат безопасности IEC/EN/UL62368.

Основные характеристики модулей серии LD-R2 представлены в таблице 4.

Таблица 4. Семейство преобразователей Mornsun серии LD-R2

Серия Мощ-
ность, Вт
Номинальные выходные Погреш-
ность
выход-
ного
напря-
жения, %
КПД, 230 В АС), % Защита по перенапря-
жению на выходе, В
Размер, мм Вес, г
Напря-
жение, В
Ток, мА
LD03-23B03(W)R2 3 3,3 900 ±3 72 ≤7,5 25,40×25,40×17,60;
76,00×31,50×26,40 (A2S);
76,00×31,50×31,00 (A4S)
18,0;
18,3 (W);
38,0 (A2S);
58,0 (A4S)
LD03-23B05(W)R2 5 600 ±2 76
LD03-23B09(W)R2 9 333 78 ≤15
LD03-23B12(W)R2 12 250 78 ≤16
LD03-23B15(W)R2 15 200 79 ≤20
LD03-23B24(W)R2 24 125 79 ≤30
LD03-23B03R2P 2 3,3 600 ±5 70 37,50×18,50×13,60 14,5
LD03-23B05R2P 3 5 600 74
LD03-23B06R2P 6 500 76
LD03-23B09R2P 9 340 76
LD03-23B12R2P 12 250 77
LD03-23B15R2P 15 200 78
LD03-23B24R2P 24 125 78
LD05-23B03(W)R2 5 3,3 1515 ±3 71,5 ≤7,5 25,40×25,40×17,60;
76,00×31,50×26,40 (A2S);
76,00×31,50×31,00 (A4S)
18,0;
18,3 (W);
38,0 (A2S);
58,0 (A4S)
LD05-23B05(W)R2 5 1000 ±2 77,5
LD05-23B09(W)R2 9 555 80,5 ≤15
LD05-23B12(W)R2 12 416 80,5 ≤16
LD05-23B15(W)R2 15 333 81,5 ≤20
LD05-23B24(W)R2 24 208 81,5 ≤30
LD10-23B03R2 8,6 3,3 2600 ±2 74 ≤7,5 40,00×25,40×21,00;
76,00×31,50×29,80 (A2S);
76,00×31,50×34,40 (A4S)
34;
54 (A2S);
74 (A4S)
LD10-23B05R2 10 5 2000 79
LD10-23B09R2 9 1100 81 ≤15
LD10-23B12R2 12 830 84 ≤20
LD10-23B15R2 15 660 84
LD10-23B24R2 24 410 85 ≤30
LD15-23B03R2 13,2 3,3 4000 ±2 82 ≤7,5 47,60×26,80×23,50;
76,00×31,50×32,30 (A2S);
76,00×31,50×36,90 (A4S)
48;
68 (A2S);
88 (A4S)
LD15-23B05R2 15 5 3000 85
LD15-23B09R2 9 1670 84 ≤15
LD15-23B12R2 12 1250 85 ≤20
LD15-23B15R2 15 1000 85
LD15-23B24R2 24 625 86 ≤30
LD20-23B03R2 14,85 3,3 4500 ±1.5 81 ≤7,5 52,40×27,20×24,00;
76,00×31,50×32,80 (A2S);
76,00×31,50×37,40 (A4S)
55;
75 (A2S);
95 (A4S)
LD20-23B05R2 20 5 4000 85
LD20-23B09R2 9 2200 84 ≤16
LD20-23B12R2 12 1670 86 ≤20
LD20-23B15R2 15 1330 87
LD20-23B24R2 24 830 87 ≤30
LD30-23B03R2 19,8 3,3 6000 ±3 85 ≤6,3 69,50×39,00×24,00;
96,10×54,00×32,50 (A2S);
96,10×54,00×37,10 (A4S)
100;
147 (A2S);
190 (A4S)
LD30-23B05R2 30 5 6000 ±2 86 ≤16
LD30-23B09R2 30.6 9 3400 88
LD30-23B12R2 30 12 2500 90
LD30-23B15R2 30 15 2000 90 ≤25
LD30-23B24R2 31.2 24 1300 88 ≤35
LD30-23B48R2 30,2 48 630 90 ≤60

Группа LD30-23B48R2 имеет самую высокую изоляцию между первичной и вторичной цепями – 4200 В АС, у остальных групп – 4000 В АС, за исключением группы LD03-23BxxR2P, которая выделяется среди всей серии LD-R2. В ней отсутствует защита от перенапряжения на выходе В, нет возможности эксплуатации на значительных высотах, есть вариант с выходным номинальным напряжением 6 В, она экономичнее и имеет самые малые размеры. Группа LD30-23BxxR2 дополнена вариантом LD30-23B48R2 с выходным напряжением 48 В.

Ограничение выходной мощности на границах допустимого диапазона входного напряжения по характеристикам схоже с таким же ограничением бескорпусных преобразователей серии LS-R3 (рисунок 2) и, в зависимости от моделей, различается не более чем на 10%. Для большинства преобразователей LD-R2 эффективность преобразования наиболее оптимальна в диапазоне входного напряжения 115…230 В AC и при нагрузке более 25% от максимальной выходной мощности, это видно на графиках (рисунок 6), усредненных по всем моделям внутри каждой группы. Полностью залитое компаундом исполнение позволяет эксплуатировать модули, за исключением LD03-23BxxR2P, в условиях пониженного давления на значительных высотах (рисунок 7) и накладывает несколько иные ограничения по нагрузке, в зависимости от температуры окружающей среды, чем у открытых модулей (рисунок 8).

Рис. 6. Общие графики зависимости КПД преобразования от входного напряжения и нагрузки для преобразователей LD-R2

Рис. 6. Общие графики зависимости КПД преобразования от входного напряжения и нагрузки для преобразователей LD-R2

Рис. 7. Зависимость выходной мощности LD-R2 от высоты

Рис. 7. Зависимость выходной мощности LD-R2 от высоты

Рис. 8. Зависимость выходной мощности от температуры окружающей среды модулей LD-R2

Рис. 8. Зависимость выходной мощности от температуры окружающей среды модулей LD-R2

Импульсные преобразователи LD-R2 являются готовыми источниками питания, и для соблюдения требований безопасности и электромагнитной совместимости бытовых устройств потребуется минимум внешних компонентов.

Компания Mornsun рекомендует схему подключения, изображенную на рисунке 9.

Рис. 9. Типовая схема источника питания с преобразователями Mornsun LD03/05-R2

Рис. 9. Типовая схема источника питания с преобразователями Mornsun LD03/05-R2

Рекомендованные значения некоторых компонентов для модулей серий LD03/05-R2 указаны в таблице 5. Конденсатор С2 рекомендуется использовать с низким ESR, в таблице указана его емкость, соответствующая значению выходного напряжения преобразователя. C1 – керамический конденсатор, используемый для фильтрации высокочастотного шума, TVS – защитный диод с напряжением в 1,2 раза больше выходного напряжения модуля.

Таблица 5. Номиналы внешних компонентов для преобразователей Mornsun серий LD03/05-R2

Модуль/компонент Fuse, А MOV R1, Ом/Вт C2, мкФ
LD03-23BxxR2 1 S10K350 12/3 150 (3,3/5 В);
120 (9/12/15 В);
68 (24 В)
LD03-23BxxR2P 24/5
LD05-23BxxR2 12/3

Модули импульсных преобразователей Mornsun серий LS-R3 и LD-R2 позволяют разработчику успешно решить проблему питания широчайшего спектра устройств IoT и умного дома: от маломощного датчика до мощного привода автоматических ворот. Однако подобные устройства могут нуждаться в нескольких значениях напряжения, а также иметь возможность получать питание от аккумуляторов или иных источников постоянного тока с напряжением значительно ниже минимального для серий LS-R3 и LD-R2. Обычно для решения таких задач проектируется импульсный DC/DC-преобразователь или используется линейный стабилизатор напряжения. Первый вариант имеет высокий КПД, но достаточно сложен и может оказаться экономически невыгодным, второй значительно дешевле и проще, но в ряде случаев большой разницы между входным и выходном напряжениями крайне неэффективен. Компания Mornsun предлагает ряд импульсных неизолированных DC/DC-преобразователей, способных решить обе проблемы: за счет массового производства они дешевле самостоятельной разработки; их использование в устройствах IoT и умного дома так же просто, как применение классических линейных 78xx (именно поэтому серия этих преобразователей имеет название K78). Особенно привлекательной выглядит их способность заменить линейные стабилизаторы в уже существующих проектах с минимальными переделками, или же вообще без них. Это возможно благодаря конструктивному исполнению преобразователей – соответствию шага и назначения выводов большинству линейных стабилизаторов в корпусе TO-220. На рисунке 10 видно, что К78-R3 может не только заменить классический вариант линейного стабилизатора с радиатором, но и высвобождает дополнительное место. В ряде случаев, уменьшение высоты компонентов на 40% пропорционально уменьшает и габариты корпуса всего устройства, снижая затраты и в какой-то степени расширяя область применений, так как устройства IoT и умного дома часто интегрируются в уже существующие компоненты инфраструктуры, и их размер имеет значение.

Рис. 10. Обычный LDO и импульсный DC/DC Mornsun K78-R3

Рис. 10. Обычный LDO и импульсный DC/DC Mornsun K78-R3

Несмотря на большое количество подгрупп в семействе DC/DC-преобразователей K78, ориентироваться в них достаточно легко: следующие две цифры после 78 означают номинальное выходное напряжение, далее трех- и четырехзначное число означает максимально возможный ток: 500, 1000 и 2000 мА. Корпусное исполнение может быть открытым или закрытым, вариантов SMD или DIP (рисунок 11).

Рис. 11. Внешний вид DC/DC-преобразователей Mornsun серии K78-R3

Рис. 11. Внешний вид DC/DC-преобразователей Mornsun серии K78-R3

Особенности преобразователей K78-R3

  • высокая эффективность преобразования, достигающая 96%;
  • диапазон рабочих температур окружающей среды -40…85°C;
  • компактный размер;
  • малый потребляемый ток без нагрузки – 0,1…0,3 мА;
  • защита от короткого замыкания;
  • возможность у некоторых моделей инверсии полярности выхода;
  • соответствие IEC60950, UL60950, EN62368.

В таблице 6 приведены некоторые основные характеристики серии K78-R3. Данные на K78xxJT-500R3-LB совершенно идентичны K78xx-500R3-LB, за исключением того, что K78xxJT-500R3-LB не имеет возможности инвертировать полярность выхода, а его размер составляет 12x12x4,5 мм.

Таблица 6. Основные характеристики DC/DC-преобразователей Mornsun серий K78-R3

Наименование Вход, В Выход КПД, Vвх мин./макс., % Ток ХХ ном., мА Погреш-
ность выхода, %
Пульса-
ции и шум, мВп-п
Размер, мм
Мин. Ном. Макс. Напря-
жение, В
Ток, мА Ном. Макс.
K7803-500R3-LB 4,75 24 36 3,3 500 85/76 0,2 ±2 50 100 10,27×6,00×8,61
7 12 32 -3,3 -300 73/72 -1
K7805-500R3-LB 6,5 24 36 5 500 90/81 0,2
7 12 31 -5 -300 76/78 -1
K78X6-500R3-LB 8 24 36 6,5 500 91/83 0,2
7 12 29 -6,5 -300 76/77 -1
K7809-500R3-LB 12 24 36 9 500 93/87 0,2
8 12 27 -9 -150 83/77 -1
K7812-500R3-LB 15 24 36 12 500 94/88 0,2
8 12 24 -12 -150 85/82 -1
K7815-500R3-LB 19 24 36 15 500 95/90 0,2
8 12 21 -15 -150 80/79 -1
K78L03-500R3 4,75 24 36 3,3 500 86/80 0,2 ±2 20 75 10,00×7,20×11,00
K78L05-500R3 6,5 24 36 5 500 90/84
7 12 31 -5 -300 80/81
K78L12-500R3 15 24 36 12 500 94/91 0,2
8 12 24 -12 -150 84/85
K78L15-500R3 19 24 36 15 500 95/93 0,2
8 12 21 -15 -150 85/87
K7803-500R3 4,75 24 36 3,3 500 86/80 0,2 ±2 20 75 11,60×7,55×10,16
K7805-500R3 6,5 24 36 5 500 90/84
7 12 31 -5 -300 80/81
K7809-500R3 12 24 36 9 500 93/90 0,2
K7812-500R3 15 24 36 12 500 94/91
8 12 24 -12 -150 84/85
K7815-500R3 19 24 36 15 500 95/93 0,2
8 12 21 -15 -150 85/87
K7803M-1000R3 6 24 36 3,3 1000 90/80 0,3 ±2 25 75 11,60×8,00×10,40
K7805M-1000R3 8 24 36 5 1000 93/85 ±1,5
8 12 27 -5 -500 85/81 -1
K78X6M-1000R3 10 24 36 6,5 1000 93/85 0,3
K7809M-1000R3 13 24 36 9 1000 94/89
K7812M-1000R3 16 24 36 12 1000 95/92
8 12 20 -12 -300 88/87 -1
K7815M-1000R3 20 24 36 15 1000 96/93 0,3
8 12 18 -15 -300 87/88 -1
K7802-2000R3 4,5 24 36 2,5 2000 89/83 0,2 ±2 30 75 11,50×9,00×17,50
K7803-2000R3(L) 6 3,3 89/85 0,1
K7805-2000R3(L) 8 5 92/89
K7809-2000R3 13 9 95/92
K7812-2000R3(L) 16 12 96/94
K7815-2000R3 18 15 96/94

Значения шума и пульсаций указаны для нагрузки по мощности свыше 20% от максимальной. При меньшей нагрузке эти значения могут быть выше. В отличие от преобразователей с током 1000 и 2000 мА, выходная мощность K78-R3 с током 500 мА максимальна почти во всем допустимом диапазоне температур, независимо от значений входного и выходного напряжений (рисунок 12).

Рис. 12. Зависимость выходной мощности от рабочей температуры преобразователей K78-R3 Mornsun

Рис. 12. Зависимость выходной мощности от рабочей температуры преобразователей K78-R3 Mornsun

Схема подключения DC/DC серии K78 практически не отличается от схемы с использованием линейных стабилизаторов. При необходимости работы с отрицательным напряжением достаточно поменять местами подключение выводов 2 и 3 (рисунок 13) у тех моделей, которые способны инвертировать полярность выходного напряжения. В таблице 5 они указаны с вариантом отрицательного значения выходного напряжения.

Рис. 13. Схема двухполярного источника питания на базе K78-R3

Рис. 13. Схема двухполярного источника питания на базе K78-R3

При построении двухполярного питания рекомендуется устанавливать дроссель индуктивностью 10 мкГн, обозначенный на схеме как LDM, для предотвращения помех от взаимодействия двух преобразователей. Также потребуются конденсаторы – керамические или электролитические с низким ESR, с емкостью на входе 10 мкФ при входном напряжении менее 30 В и 22 мкФ при более 30 В, на выходе – 22 мкФ. Если нагрузка маломощная, для уменьшения пульсаций необходимо включить последовательно выходу индуктивность 10…47 мкГн. Следует учесть, что в случае работы преобразователя как стабилизатора отрицательного напряжения максимальный ток на выходе значительно меньше, а допустимые параметры минимального и максимального значений входного напряжения иные, чем при работе как стабилизатора положительного напряжения. Кроме того, КПД преобразования в зависимости от нагрузки в этом случае изменяется сильнее. Пример этой разницы для K78xx-500R3 представлен на графиках (рисунок 14).

Рис. 14. Сравнение графиков зависимости КПД преобразования от входного напряжения и тока нагрузки

Рис. 14. Сравнение графиков зависимости КПД преобразования от входного напряжения и тока нагрузки

Преобразователи K78-R3 способны эффективно решить большинство задач по обеспечению устройств IoT и умного дома. Но там, где требуется совсем малый размер, работа в более высоком температурном диапазоне, возможность подстройки напряжения и управления включением преобразователя, компания Mornsun предлагает DC/DC-преобразователи серии K78xxMT-500R4 (рисунок 15).

Особенности преобразователей K78-R4

  • высокая эффективность преобразования, достигающая 92%;
  • диапазон рабочих температур окружающей среды -40…105°С;
  • сверхмалый размер – DFN-корпус 9,00х7,00×3,10 мм;
  • малый потребляемый ток без нагрузки – 0,1 мА;
  • защита от короткого замыкания;
  • возможность инверсии полярности выхода;
  • подстройка выходного напряжения и управление включением;
  • соответствие AEC-Q100.

Рис. 15. DC/DC-преобразователь Mornsun K78xxMT-500R4 в корпусе DFN

Рис. 15. DC/DC-преобразователь Mornsun K78xxMT-500R4 в корпусе DFN

Варианты выходных напряжения и тока у серии K78xxMT-500R4 (таблица 7) схожи с серией K78xx-500R3, но между ними есть ряд существенных отличий по характеристикам:

  • ток холостого хода у K78xxMT-500R4 в 2 раза ниже и составляет 0,1 мА;
  • максимальная амплитуда пульсаций у K78xxMT-500R4 всего 45 мВ, а с типовым значением 20 мВ могут сравниться только инкапсулированные варианты K78xx-500R3;
  • защита от статического электричества (ESD) 6 кВ против 4 кВ у инкапсулированных и 2 кВ у открытых моделей K78xx-500R3;
  • размер корпуса K78xxMT-500R4 меньше чем у самого малого варианта K78xx-500R3;
  • срок службы (MTBF) более чем в 4 раза выше;
  • рабочий температурный диапазон шире, и достигает 105°С.

Таблица 7. Основные характеристики DC/DC-преобразователей серий K78-R4

Наименование Вход, В Выход КПД, Vвх мин./ном./макс., %
Мин. Ном. Макс. Напряжение, В Ток, мА
K7803MT-500R4 4,5 24 36 3,3 500 89/79/71
7 12 32 -3,3 -300 80/82/71
K7805MT-500R4 6,5 24 36 5 500 91/83/78
7 12 31 -5 -300 78/78/71
K78X6MT-500R4 8 24 36 6,5 500 91/85/81
7 12 28 -6,5 -250 80/79/73
K7809MT-500R4 12 24 36 9 500 92/90/86
8 12 27 -9 -200 82/82/77
K7812MT-500R4 15 24 36 12 500 92/91/86
8 12 24 -12 -150 81/83/79
K7815MT-500R4 18 24 36 15 500 91/91/87
8 12 21 -15 -150 80/81/84

Типовая схема включения K78xxMT-500R4 приведена на рисунке 15. На нем можно сразу отметить два существенных отличия по функциональности от серии K78-R3:

  • наличие входа (Ctrl) для включения или отключения преобразователя;
  • возможность подстройки внутреннего делителя напряжения внешними резисторами.

Параметры входа управления Ctrl соответствуют TTL: выключение при напряжении 0…0.6 В, включение при 2,5…5 В.

Рис. 16. Типовая схема источника питания с применением K78-R4

Рис. 16. Типовая схема источника питания с применением K78-R4

Используя вход 4 и резисторы Ra1 или Ra2, можно добиться некоторой подстройки выходного напряжения. Необходимое сопротивление несложно рассчитать, зная сопротивления резисторов внутреннего делителя, их значения указаны в спецификации на серию K78-R4 для каждой модели. Если подстройка не нужна, вывод 4 преобразователя можно оставить свободным. Значения емкости и тип конденсаторов рекомендуются такие же, как и для K78-R3: 10 мкФ на вход, 22 мкФ на выход, тип – керамический или электролитический с низким ESR. Резистор R1 рекомендуется устанавливать сопротивлением 100 кОм.

Следует помнить, что если выводы 6 управления и 4 подстройки не подключены ко внешним элементам, их ESD будет 2 кВ. Для восстановления максимального ESD в 6 кВ необходимо подключить неиспользуемые выводы на землю (GND): вывод 6 через конденсатор 1 мкФ,50 В, вывод 4 через варистор 22 В,30 А.

Чтобы изменить на выходе полярность напряжения, достаточно так же, как в серии K78-R3, поменять местами выводы Vвых и GND, в данном случае это 2,5 и 3.

Зависимость максимальной мощности от рабочей температуры показана на рисунке 17.

Рис. 17. Зависимость выходной мощности от рабочей температуры K78-R4

Рис. 17. Зависимость выходной мощности от рабочей температуры K78-R4

Импульсные изолированные АС/DC- и неизолированные DС/DC-преобразователи производства Mornsun 

Благодаря универсальности, минимальному числу внешних компонентов, экономичности, компактным размерам и высокой эффективности, а также возможности не только создавать лучше новые проекты, но и модернизировать без существенных затрат уже действующие, преобразователи производства компании Mornsun оптимально вписываются в сегмент IoT-устройств промышленного и бытового назначения. Наличие серии K78-R4, аналоги которой пока отсутствуют у большинства других компаний-производителей, позволяет оптимально решить некоторые задачи по питанию IoT-устройств и устройство умного дома.

Литература

  1. Compact and All-round AC/DC Converter LS-R3 Series
  2. 3W cost-effective and ultra-compact AC-DC Converter—LDxx-23BxxR2P in 305RAC Family
  3. 3-30W ultra-compact AC-DC Converter—LDxx-23BxxR2 in 305RAC Family
  4. 3-20W Ultra-compact Cost-effective AC/DC Converter LD-R2 Series
  5. New Cost-effective Switching Regulator K78-R3
  6. Cost-effective Ultra-compact Non-isolated DC/DC switching regulator K78xx(JT)-500R3-LB Series
  7. Compact Size Non-isolated Switching Regulators K78xxM-1000R3 Series
  8. High Efficiency Non-isolated DC-DC Converter-K78xx-2000R3 Series
  9. The Newest Chiplet SiP Switching Regulators K78-R4 Series
•••

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. Выпуска ...читать далее

Товары
Наименование
LS03-13B03R3 (MORNSUN)
LS05-13B15R3 (MORNSUN)
LS10-13B15R3 (MORNSUN)
LS05-13B03R3 (MORNSUN)
LS10-13B12R3 (MORNSUN)
LD05-23B24R2 (MORNSUN)
LD03-23B03R2 (MORNSUN)
LD10-23B24R2-M (MORNSUN)
LD15-23B05R2-M (MORNSUN)
LD05-23B03R2 (MORNSUN)
K7805-500R3 (MORNSUN)
K7805-1000R3 (MORNSUN)
K7803T-500R3 (MORNSUN)
K78L03-1000R3 (MORNSUN)
K7809-1000R3 (MORNSUN)
K7805MT-500R4 (MORNSUN)
K7803MT-500R4 (MORNSUN)
K7815MT-500R4 (MORNSUN)
K7809MT-500R4 (MORNSUN)
K7805MT-1000R4 (MORNSUN)