Источники питания Recom с высокой удельной мощностью по новой технологии 3DPP

25 февраля

телекоммуникациисистемы безопасноститерминалы продажучёт ресурсовуправление питаниемавтоматизацияответственные примененияинтернет вещейуниверсальное применениеRECOM Electronicстатьяисточники питанияпассивные ЭК и электромеханикаDC-DCИмпульсный стабилизаторLGA

Константин Кузьминов (г. Заполярный)

Уникальная технология трехмерной компоновки 3DPP позволила компании Recom создать новые преобразователи и стабилизаторы напряжения, совпадающие по габаритам с «предшественниками», но значительно превосходящие их по характеристикам. Неизолированные DC/DC-модули серий RPM, RPMB, RPMH, RPX, изолированные DC/DC-модули RS12-Z, R1SX, R2SX, R1DX, R1ZX, а также DC/DC-преобразователи RxxC05TExxS, RxxCTExxS, RxxCTxxS выпускаются в стандартном форм-факторе, что позволяет заменить ими старые компоненты, не прибегая к дорогостоящим конструктивным изменениям всей системы.

Повышение производительности и удельной мощности при низкой стоимости – современное требование к маломощным изолированным преобразователям DC/DC и неизолированным импульсным регуляторам напряжения постоянного тока. В результате этого на рынке предлагается множество недорогих решений с минимальным количеством компонентов, размещенных на обычной печатной плате, иногда с ручным монтажом катушки индуктивности или трансформатора. Чтобы уменьшить площадь платы, часто применяется выводной SIP-корпус. Это усложняет сборку, так как помимо ставшей уже стандартной и недорогой технологии пайки в печи, необходимо применять ручной монтаж или технологию пайки волной. Более сложная сборка неизбежно приводит к удорожанию изделия. Несмотря на это, продажи DC/DC-преобразователей в форм-факторе для сквозного монтажа исчисляются миллионами единиц ежегодно. Компания Recom поставила перед собой долгосрочною задачу – разработку новых вариантов преобразователей и регуляторов напряжения, монтаж и манипуляция которыми будут такими же, как и у стандартных компонентов для поверхностного монтажа. Кроме того, у них должен быть и низкопрофильный вариант для устройств с небольшой толщиной корпуса. Для получения преимущества перед обычными вариантами площадь новых модулей должна быть минимальна. Это достигается за счет размещения компонентов не только в стандартной плоскости, но и в направлении оси Z, благодаря использованию методов трехмерной сборки.

RPM, RPMB, RPMH – неизолированные модули DC в корпусе LGA25

Данная серия представлена тремя группами: RPM, RPMB и RPM (рисунок 1, таблица 1). Благодаря применению внутренней многослойной печатной платы, рациональному использованию внутреннего пространства и наличию сквозных переходных отверстий для отвода тепла, достигнута высокая удельная мощность: 30 Вт в корпусе LGA с 25 выводами размером (ДхШхВ) 11,7×12,19×3,75 мм.

Особенности RPM, RPMB и RPMH:

  • входное напряжение (DC) 3…65 В;
  • выходной ток 0,5…6 A;
  • регулировка выходного напряжения;
  • высокий КПД преобразования до 99%;
  • малое электромагнитное излучение за счет 6-стороннего экранирования;
  • диапазон рабочих температур -40…107°C;
  • защита от короткого замыкания, перегрузки по току, перегрева и блокировка по минимальному напряжению;
  • выводы управления, компенсации потерь, мягкого старта и сигнализации готовности;
  • производство в Европе.

Рис. 1. Внутреннее устройство источников питания RPM/RPMH/RPMB

Рис. 1. Внутреннее устройство источников питания RPM/RPMH/RPMB

Конструкция модулей RPM/RPMB/RPMH представляет собой четырехслойную печатную плату (рисунок 1), которая для снижения уровня электромагнитного излучения (ЭМИ) со всех 6 сторон закрыта металлическим экраном (рисунок 2). При температуре окружающей среды 85°C и работе на полной мощности для отвода тепла требуется площадь всего 140 мм². Вся сложная конструкция находится внутри низкопрофильного корпуса, и для полноценного функционирования модуля разработчики могут размещать его на обычной двухслойной плате без необходимости принудительного охлаждения.

Рис. 2. Внешний вид модуля RPM/RPMH/RPMB

Рис. 2. Внешний вид модуля RPM/RPMH/RPMB

Все модули серии RPM/RPMB/RPMH взаимозаменяемы, так как имеют одинаковые размер посадочного места и функциональное размещение контактных площадок.

Таблица 1. Основные параметры модулей серий RPM/RPMH/RPMB и соответствующие им оценочные платы.

Наименование Ток, А Напряжение, В Оценочная
плата
Корпус
Входное Выходное
RPM-1.0 1,0 3,0…17,0 0,9…6 RPM-1.0-EVM-1

LGA25

RPM-2.0 2,0 RPM-2.0-EVM-1
RPM-3.0 3,0 RPM-3.0-EVM-1
RPM-6.0 6,0 4,0…15,0 RPM-6.0-EVM-1
RPMB-2.0 2,0 4,0…36,0;
5,5…36,0;
12,8…36,0;
16,0…36,0
1…9;
9…24
RPMB-2.0-EVM-1
RPMB-3.0 3,0 RPMB-3.0-EVM-1
RPMH-0.5 0,5 4,3…65,0;
6,0…65,0;
13,5…65,0;
16,5…65,0;
25,5…65,0
15…28;
2,64…3,63;
4…5,5;
7,2…13,2;
9…16,5
RPMH-0.5-EVM-1
RPMH-1.5 1,5 5,0…60,0;
7,0…60,0;
14,0…60,0;
17,0…60,0;
26,0…60,0
RPMH-1.5-EVM-1

Для оценки параметров источников питания на основе модулей RPMx компания Recom предлагает оценочные платы (рисунок 3), их варианты указаны выше в таблице 1.

Рис. 3. Оценочная плата модулей серии RPM/RPMB/RPMH

Рис. 3. Оценочная плата модулей серии RPM/RPMB/RPMH

RPX – неизолированные модули DC в корпусе QFN

Наибольшее распространение получили понижающие импульсные неизолированные преобразователи напряжения постоянного тока, часто заменяя собой обычные линейные регуляторы напряжения в трехвыводном корпусе. Однако в настоящее время их использование стало шире за счет применения в качестве источника точного низковольтного питания с высоким входным напряжением для микросхем с высокой степенью интеграции, таких как системы-на-кристалле (SoC) или процессоры. В этом случае требования остались прежними: малое занимаемое место, отсутствие значительного выделения тепла, и при этом соответствие жестким требованиям по точности регулирования напряжения и наличию электромагнитных шумов. Компактность обеспечивается высоким КПД, значит, преобразователь должен работать на более эффективной малой частоте Однако в этом случае требуется большой размер катушки индуктивности, что противоречит первоначальной цели миниатюризации. Использование частоты преобразования в мегагерцевом диапазоне при уменьшении габаритов индуктивности и сохранении высокого КПД дали возможность использовать новые технологии в производстве полупроводников, современных магнитодиэлектриков и создании новой топологии. Они позволили разработчикам преобразователей проявить творческий подход в корпусировании и получить удивительно малые размеры модуля со встроенной индуктивностью: серия RPХ в корпусе QFN при КПД более 90% и выходном токе 4 А имеет высоту всего 2 мм и занимает на плате площадь размером 4,5×4 мм. При токе 1 А размеры еще меньше: 3x5x1,6 мм (рисунок 4).

Рис. 4. Внешний вид неизолированного преобразователя RPX

Рис. 4. Внешний вид неизолированного преобразователя RPX

Особенности модулей RPХ производства компании Recom:

  • входное напряжение (DС) до 36 В;
  • выходное напряжение (DC) до 30 В;
  • выходной ток 1, 1,5, 2,5 и 4 A;
  • высокий КПД, гарантирующий отличные температурные показатели;
  • полная интеграция компонентов, включая катушку индуктивности;
  • защита от короткого замыкания, перегрузки по току, перегрева и блокировка по минимальному напряжению.

При производстве модулей RPX используется недорогая технология перевернутого кристалла на металлической рамке с интеграцией индуктивности и последующей заливкой компаундом (рисунок 5). Это позволило достичь требуемой высокой удельной мощности, а малые размеры внутренних цепей уменьшают уровень электромагнитного излучения. Корпус типа QFN обеспечивает эффективный отвод тепла, исключая перегрев. Таким образом, компания Recom получила решение с более высокими характеристиками, чем при использовании дискретных компонентов.

Рис. 5. Устройство модуля RPX

Рис. 5. Устройство модуля RPX

Таблица 2. Основные параметры модулей серии RPХ и соответствующие им оценочные платы

Наименование Ток, А Напряжение, В Оценочная плата Корпус
Входное Выходное
RPX-1.0 1,0 4,0…36,0 0,8…24 RPX-1.0-EVM-1

QFN

RPX-1.5 1,5 RPX-1.5-EVM-1
RPX-2.5 2,5 4,5…28,0 1,2…6 RPX-2.5-EVM-1
RPX-4.0 4,0 3,8…36,0 1…7 RPX-4.0-EVM-1

RPL-3.0 – неизолированный преобразователь DC/DC в корпусе LGA10

Модуль RPL-3.0 (рисунок 6) в данный момент выпускается с одним значением выходного тока – 3 А. Как и предыдущие модули, он выполнен со встроенной катушкой индуктивности в 10-выводном корпусе форм-фактора LGA размером всего 3,0×3,0x1,45 мм. Несмотря на миниатюрность, он полнофункциональный и требует дополнительных компонентов не более чем стандартный линейный регулятор с обратной связью для установки значения выходного напряжения. Но, в отличие от обычного регулятора, модуль RPL-3.0 (как и вышеописанные модули RPM/RPMB/RPMH) имеет вход Sense для компенсации падения напряжения на проводниках, а также вход управления Enable и выход Power good, позволяющие осуществить последовательность включения источников питания в распределенных архитектурах. Для обеспечения работы цифровой логики с уровнем напряжения 3,3 В модуль имеет встроенный линейный стабилизатор (LDO) напряжения 3,3 В DC с максимальным выходным током 20 мА. Широкий диапазон входного напряжения позволяет подключать модуль к большинству типовых шин питания и аккумуляторов.

Рис. 6. Преобразователь RPL-3.0 в корпусе LGA10

Рис. 6. Преобразователь RPL-3.0 в корпусе LGA10

Особенности модуля RPL-3.0:

  • миниатюрный SMD-корпус LGA10 размером 3,0×3,0x1,45 мм;
  • регулируемое выходное напряжение 0,8…5,2 В DC с током 3 А;
  • максимальная мощность 15,6 Вт;
  • входное напряжение 3…18 В DC;
  • высокий КПД 96% при нагрузке50%;
  • диапазон рабочих температур -40…120°C;
  • защита от короткого замыкания, перегрузки по току, перегрева и блокировка по минимальному напряжению;
  • выводы управления, компенсации потерь и сигнализации готовности;
  • при установке простого LC-фильтра соответствие требованиям EN55032.

Потребление тока RPL-3.0 в выключенном состоянии всего 15 мкА. Наблюдение процессов на выходе осуществляется внутренним контроллером непрерывно. Постоянное наблюдение уменьшает время реакции на изменения в нагрузке, и, совместно с более медленной цепью стабилизации выходного напряжения, обеспечивает высокостабильное регулирование. Это делает модуль RPL-3.0 отличным решением для использования в системах с изменяющимся током потребления, таких как микроконтроллеры, беспроводные модули или устройства с динамической индикацией.

Для устройств, требующих использования изолированных преобразователей DC/DC, компания Recom разработала следующие компоненты: RS12-Z, R1SX, R2SX, R1DX, R1ZX и R05CT05S.

RS12-Z – серия изолированных DC/DC-преобразователей мощностью 12 Вт в корпусе SIP8

Серия преобразователей RS12-Z использует планарный трансформатор с улучшенными компоновкой и теплоотводом, чтобы обеспечить наилучший результат работы в восьмивыводном металлическом корпусе SIP для сквозного монтажа (рисунок 7). Высокий КПД обеспечивает выходную мощность 12 Вт (входное напряжение 24 В DC) с естественным охлаждением при температуре до 75°C.

Рис. 7. Изолированный преобразователь RS12-Z в металлическом корпусе SIP8

Рис. 7. Изолированный преобразователь RS12-Z в металлическом корпусе SIP8

Особенности преобразователя RS12-Z:

  • изоляция 3 кВ DC;
  • входное напряжение в диапазонах 9…36 или 18…75 В DC;
  • широкая номенклатура выходных напряжений 3,3…24 В DC;
  • выходной ток 0,5…2,4 А (максимальная мощность 12 Вт);
  • вход управления вкл./выкл.;
  • калибровка выходного напряжения;
  • непрерывная защита от короткого замыкания;
  • UVLO (блокировка по минимальному напряжению);
  • металлический корпус SIP8;
  • диапазон рабочих температур -40…75°C;
  • высокий КПД преобразования 89% при полной нагрузке;
  • сертификация безопасности.

Преобразователь RS12-Z – прекрасное решение для применений, где требуется широкий диапазон входного напряжения, позволяющего охватить ряд стандартных значений. Использование минимального внешнего фильтра позволяет соблюсти требования EN 55032 EMC классов A или B. Обратная совместимость с 3- и 6-ваттными модулями RS3 и RS6 в корпусе SIP8 гарантируется одинаковыми размерами и расположением выводов. Это позволяет модернизировать существующие проекты без дополнительных затрат, если потребовалось питание большей мощности. Для новых проектов и исключения лишнего этапа на производстве при монтаже выводных корпусов компания Recom предлагает изолированные DC/DC преобразователи в корпусах для поверхностного монтажа.

R1SX, R2SX, R1DX, R1ZX – изолированные преобразователи DC/DC для SMD-монтажа

Как и в случае рассмотренных выше преобразователей, при разработке серий R1SX, R2SX, R1DX, R1ZX компания Recom применила уникальную технологию трехмерной компоновки 3DPP. Специальная пластиковая рама корпуса содержит внутри изолирующий трансформатор и является несущей конструкцией для платы управления, расположенной наверху (рисунок 8). В результате площадь компонента минимальна – 11,1х15,24 мм, а высота составляет 5,8…8,5 мм, в зависимости от серии. Такая открытая конструкция позволяет автоматизированный поверхностный монтаж с высокотемпературным профилем оплавления, неподходящим для некоторых литых или герметизированных компонентов. Преобразователи серий R1SX, R1ZX и R1DX обладают выходной мощностью 1 Вт и способны работать при температуре до 100°C. Различия между ними в том, что R1DX имеет двухполярный выход, а серия R1ZX для обеспечения точного значения выходного напряжения использует линейный регулятор. Серия R2SX имеет выходную мощность 2 Вт при температуре до 75°C, но способна работать при температуре до 100°C со снижением максимальной мощности (таблица 3).

Рис. 8. Преобразователь серии R1DX

Рис. 8. Преобразователь серии R1DX

Особенности изолированных преобразователей R1SX, R1DX, R1ZX, R2SX:

  • изоляция 3 кВ DC для R1SX, R2SX, R1DX и 2 кВ DC для R1ZX;
  • двухполярный выход (R1DX);
  • высокий КПД преобразования;
  • стандартные входные напряжения и широкий ряд выходных напряжений;
  • возможность работы без нагрузки;
  • работа при высоте 5000 м над уровнем моря;
  • сертификация по безопасности.

Расположение выводов и посадочные места у всех модулей данных серий одинаковы. Изолированные преобразователи серий R1SX, R1DX, R1ZX, R2SX – отличное решение для применения в системах автоматизации, управления аккумуляторами и в качестве изоляторов питания интерфейсов.

Таблица 3. Основные параметры модулей R1SX, R1DX, R1ZX, R2SX.

Наименование Мощность, Вт Напряжение, В
Входное Выходное
R1DX 1,0 5,0 5,0…15,0
R1SX 3,3; 5,0; 12,0 3,3; 5,0
R1ZX 5,0 5,0
R2SX 2,0 5,0; 12,0; 24,0 3,3…24,0

RxxC05TExxS, RxxCTExxS, RxxCTxxS – изолированные DC/DC-преобразователи в корпусе SOIC16

Когда гальваническая изоляция приложения должна соответствовать стандартам 62368-1 и 60601-1 уровня 2MOPP (Two Measures of Patient Protection, или «двойная защита пациентов»), необходимо не только обеспечить требуемый уровень изоляции, но и соблюсти размеры воздушных зазоров и длину путей токов утечки. Например, уровень 2MOPP требует, чтобы в устройствах медицинского назначения с сетевым питанием расстояние между входом и выходом (путем тока возможной утечки) было не менее 8 мм. Учитывая такие требования и минимальный размер корпуса, Recom использовал традиционный подход с внутренним кристаллом, состоящим из микросхем управления и питания, соединенных с рамкой выводов DVE SOIC16, и запатентованным планарным низкопрофильным трансформатором. Изоляция обмоток трансформатора в течение минуты выдерживает 5 кВ АС, что соответствует 2MOPP. Далее конструкция заливается компаундом и в результате получается классический 16-выводной корпус для поверхностного монтажа SOIC (рисунок 9, таблица 4). Высота такого корпуса составляет всего 2,50…2,65 мм, и не превышает высоту большинства SMD-компонентов, что позволяет использовать такие преобразователи в очень тонких по форме приложениях.

Рис. 9. DC/DC-преобразователь в корпусе SOIC16

Рис. 9. DC/DC-преобразователь в корпусе SOIC16

Особенности изолированных преобразователей RxxC05TExxS, RxxCTExxS и RxxCTxxS:

  • очень малая высота корпуса, составляющая не более 2,65 мм;
  • выходное напряжения 5,0 В или выбираемое между 3,3 и 5,0 В (R05CT05S);
  • диапазон рабочих температур -40…125°C (140°C для RxxCTxxS);
  • усиленная изоляция между входом и выходом – 5 кВ AC для RxxCTxxS и 3 кВ АС для остальных преобразователей семейства;
  • соответствует требованиям CISPR32 класса B; 62368-1 и 60601-1 2MOPP;
  • входы управления (вкл./выкл.) и синхронизации (R05CT05S);
  • защита от короткого замыкания, перегрузки по току, перегрева и блокировка по минимальному напряжению.

Таблица 4. Основные параметры изолированных преобразователей компании RECOM в корпусе SOIC16.

Наименование Мощность, Вт Напряжение, В Рабочая температура, °C Стандарт
Входное Выходное
RxxC05TExxS 0,5 4,5…5,5 5,0 -40…125 IEC/EN 62388-1
RxxCTExxS 1,0
RxxCTxxS 0,5 5,0 3,3 или 5,0 -40…140 IEC/EN 60601-1 и IEC/EN 62388-1

Компания Recom предлагает универсальную оценочную плату преобразователей (рисунок 10), изготовленных по технологии 3DPP®. Уникальная технология трехмерного размещения, примененная инженерами Recom в целях разработки корпусов преобразователей напряжения, дает возможность создавать более элегантные, надежные и недорогие решения, соответствующие самым высоким современным требованиям безопасности эксплуатации.

Рис. 10. Универсальная оценочная плата DC/DC-преобразователей производства Recom

Рис. 10. Универсальная оценочная плата DC/DC-преобразователей производства Recom

•••

Наши информационные каналы

О компании RECOM Electronic

Компания была основана в 1974 г. Головной офис фирмы расположен в Австрии. Разработка и тестирование преобразователей осуществляются в Австрии и Германии, производство размещено в Азии. Компания RECOM предлагает широкую гамму высоко качественных DC/DC преобразователей мощностью от 0,25 до 100 Вт. Преобразователи предназначены для применения в телекоммуникационной аппаратуре, приборах управления технологическими процессами, на транспорте, в медицинском оборудовании и т.п. Основная продукция вы ...читать далее

Товары
Наименование
RPMB5.0-2.0 (RECOM)
RPMB3.3-2.0 (RECOM)
RPMB12-2.0-CT (RECOM)
RPMH15-0.5 (RECOM)
RPMH15-0.5-CT (RECOM)
RPMH3.3-1.5 (RECOM)
RPX-1.0-R (RECOM)
R1SX-3.33.3-R (RECOM)
R1SX-0505-R (RECOM)
R1SX-0505/H-R (RECOM)
R1DX-0509-R (RECOM)
R1DX-0512-R (RECOM)
R1DX-0515-R (RECOM)
R1ZX-0505/HP-TRAY (RECOM)
R1ZX-0505/P-R (RECOM)
R1ZX-0505/P-TRAY (RECOM)
RS12-2412SZ (RECOM)
RS12-2415SZ (RECOM)