Компактные источники питания на печатную плату

20 октября 2016

управление питаниемMEAN WELLстатьяисточники питанияAC-DC

Современный рынок электроники требует постоянного появления новых устройств в очень сжатые сроки. В таких условиях разработчикам приходится ускоряться и пользоваться готовыми решениями. Это объясняет популярность таких устройств как AC/DC-модульные источники питания. В частности, на российском рынке без особых проблем можно найти бюджетные преобразователи от различных производителей. Рассмотрим предложения от компаний MEAN WELL и Chinfa.

На рынке присутствует огромное количество схем AC/DC-источников питания (ИП) как на дискретных компонентах, так и на базе интегральных микросхем. В последнем случае производители очень часто предлагают разработчикам демонстрационные наборы и готовые решения. Кроме того, в Интернете без проблем можно отыскать множество статей и обзоров, которые объясняют принципы работы различных топологий AC/DC-преобразователей, освещают особенности их реализации. Несмотря на все это, популярность модульных AC/DC-источников питания постоянно растет.

Рост популярности модульных преобразователей можно объяснить несколькими причинами, главной из которых является сложность самостоятельного создания собственного AC/DC-источника «с нуля». Конечно, если в штате компании трудится гуру, который способен быстро и качественно создавать источники питания, то это решает данную проблему. Но если это дело поручить обычному, не искушенному в силовой преобразовательной технике электронщику, то окажется, что задача не так уж проста. Во-первых, нужно определиться с топологией преобразователя. Во-вторых, разработать принципиальную схему. В-третьих, необходимо грамотно развести печатную плату. Даже если принципиальная схема окажется идеальной, то плохая разводка может полностью все испортить. В-четвертых, требуется наладить сборку или заказать монтаж на стороне. В-пятых, обеспечить герметизацию полученного блока питания, если этого требует конечное устройство или технология производства.

Если удалось успешно преодолеть все перечисленные рубежи, то не факт, что полученный преобразователь будет выгоден с коммерческой точки зрения. Все-таки конкурировать с азиатскими производителями в сегменте серийного производства достаточно сложно. Есть и еще один фактор, о котором не стоит забывать – фактор времени. В современных условиях требуется быстро выводить продукты на рынок, поэтому разработка и производство собственного ИП, как правило, становится непозволительной роскошью.

Конечно, если стоит условие создания особенного источника с уникальными характеристиками или решается задача минимальной зависимости от импортных компонентов, то новая разработка будет оправдана. В большинстве же других случаев наиболее простым решением станет использование готового модульного AC/DC-преобразователя. К счастью, сейчас на рынке достаточно предложений. В частности – ИП с монтажом на печатную плату производства компаний MEAN WELL и Chinfa:

  • с выходной мощностью 1…60 Вт;
  • с типовыми значениями выходных напряжений 3,3/5/9/12/15/ 24/48 В;
  • с корпусными исполнениями для монтажа в отверстия, для поверхностного монтажа или модули с дополнительными винтовыми клеммами.

Эти производители достаточно давно присутствуют на нашем рынке, и их преобразователи отличаются высоким качеством и доступными ценами. Благодаря этому бренды MEAN WELL и Chinfa завоевали популярность как у опытных, так и у начинающих отечественных разработчиков.

AC/DC-источники питания от компании Chinfa

Данную обзорную статью хочется начать с рассмотрения новых для нашего рынка компактных AC/DC-источников питания Chinfa с монтажом на печатную плату. Номенклатура компании содержит четыре линейки преобразователей, объединяющих 24 модели, различающихся выходной мощностью и габаритными размерами (рисунок 1, таблица 1).

 

Рис. 1. Внешний вид компактных AC/DC-источников питания Chinfa

Рис. 1. Внешний вид компактных AC/DC-источников питания Chinfa

Таблица 1. Характеристики компактных AC/DC-источников питания производства компаний MEAN WELL и Chinfa

Наименование Uвх, В AC Pвых, ном., Вт Uвых, ном., В КПД, ном., % Траб, °С Габариты, мм
KAS03 75…265 3 3,3; 5; 9; 12; 15; 24 71…77 -35…71 37x23x15,16
KAS05 75…265 5 3,3; 5; 9; 12; 15; 24 70…78 -40…71 50,8×25,4×15,16
KAS07 75…265 7 3,3; 5; 9; 12; 15; 24 72…80 -40…71 50,8×25,4×19,0
KAS10 85…265 10 3,3; 5; 9; 12; 15; 24 74…82 -40…71 52,4×27,2×22,8
IRM-01 85…305 1 3,3; 5; 9; 12; 15; 24 66…77 -30…85 33,7×22,2×15
IRM-02 85…305 2 3,3; 5; 9; 12; 15; 24 66…77 -30…85 33,7×22,2×15
IRM-03 85…305 3 3,3; 5; 9; 12; 15; 24 68…80 -30…85 37x24x15
IRM-05 85…264 5 3,3; 5; 12; 15; 24 68…77 -30…70 45,7×25,4×21,5
IRM-10 85…264 10 3,3; 5; 12; 15; 24 74…82 -30…70 45,7×25,4×21,5
IRM-15 85…264 15 3,3; 5; 12; 15; 24 74…83 -30…70 52,4×27,2×24
IRM-20 85…264 20 3,3; 5; 12; 15; 24 76 -30…70 52,4×27,2×24
IRM-30 85…264 30 5; 12; 15; 24; 48 83…90 -30…70 69,5x39x24
IRM-45 85…264 45 5; 12; 15; 24; 48 83…91 -30…70 87x52x29,5
IRM-60 85…264 60 5; 12; 15; 24; 48 84…91 -30…70 87x52x29,5

KAS03 – линейка AC/DC-ИП с выходной мощностью 3 Вт. Представители этой линейки выпускаются в герметичном корпусном исполнении 37x23x15,16 мм. КПД различных моделей находится в пределах 71…77%.

KAS05 – преобразователи с выходной мощностью 5 Вт и КПД 70…78%. Габаритные размеры у представителей данного семейства составляют 50,8×25,4×15,16 мм.

KAS07 – линейка преобразователей с выходной мощностью 7 Вт. КПД для различных моделей составляет 72…80%. Интересно, что модули питания KAS07 занимают такую же площадь на плате, как и KAS05, и, более того, они совместимы по выводам, что дает возможность при необходимости использовать их на одной и той же плате. По высоте KAS07 несколько выше KAS05 – 19 мм против 15 мм.

KAS10 – наиболее мощные AC/DC-источники с монтажом на печатную плату. Кроме высокой выходной мощности в 20 Вт они могут похвастаться и наибольшим в семействе значением КПД – до 82%.

Стоит отметить, что все линейки данного семейства содержат модели с выходными напряжениями 3,3/5/9/12/15/24 В. Также все преобразователи способны работать с широким диапазоном входных напряжений 75…265 В AC. Исключением является линейка модулей питания 10 Вт – KAS10, которые работают с диапазоном 85…265 В AC.

Компания Mean Wel lимеет более широкую линейку продукции семейства IRM, в составе которой 10 серий AC/DC-преобразователей с выходной мощностью 1…60 Вт.

AC/DC-ИП производства MEAN WELL

Рис. 2. Внешний вид компактных AC/DC-источников питания MEAN WELL

Рис. 2. Внешний вид компактных
AC/DC-источников питания MEAN WELL

Номенклатура AC/DC-источников питания производства компании MEAN WELL включает 10 линеек, объединяющих более 50 моделей преобразователей (таблица 1, рисунок 2).

IRM-01 – линейка преобразователей с выходной мощностью 1 Вт и габаритными размерами 33,7×22,2×15 мм. Она включает в себя модели с типовыми выходными напряжениями 3,3/5/9/12/15/24 В. Все преобразователи работают с диапазоном рабочих напряжений 85…305 В AC. КПД для различных моделей варьируется в диапазоне 66…77%.

IRM-02 – линейка преобразователей 2 Вт. По габаритным размерам и значениям КПД эти источники соответствуют моделям из линейки IRM-01.

IRM-03 – линейка AC/DC-ИП с выходной мощностью 3 Вт. Модули IRM-03 имеют более высокий КПД, чем у менее мощных линеек, и увеличенные габариты – 37x24x15 мм.

Если сравнивать трехваттные линейки производства компаний Chinfa и MEAN WELL, то можно отметить, что модели MEAN WELL отличаются более широким диапазоном входных напряжений в области повышенного значения, меньшими габаритами и большим КПД для моделей с высокими выходными напряжениями. С другой стороны, преобразователи Chinfa имеют преимущество в КПД для моделей с низким выходным напряжением (3,3 и 5 В), способны работать с переменными напряжениями от 75 В и в температурном диапазоне от -40°С.

Важным преимуществом маломощных источников MEAN WELL является наличие двух вариантов корпусных исполнений – для монтажа в отверстия и для поверхностного монтажа.

Линейки компактных AC/DC-источников питания IRM-05, IRM-10, IRM-15 и IRM-20 имеют выходные мощности 5/10/15/20 Вт и объединяют преобразователи с выходными напряжениями 3,3/5/12/15/24 В. Все модели данных линеек выпускаются в герметичном корпусном исполнении с монтажом в отверстия (рисунок 2).

В отличие от маломощных линеек, рассмотренных выше, эти преобразователи отличаются более узким диапазоном входных напряжений.

Еще одно достоинство преобразователей средней мощности заключается в использовании одинаковых форм-факторов для близких по мощности серий. Например, габаритные размеры линеек IRM-05 и IRM-10 совпадают (45,7×25,4×21,5 мм), что позволяет использовать их для одной и той же платы. То же самое относится и к линейкам IRM-15 и IRM-20, которые также отличаются одинаковыми габаритами – 52,4×27,2×24 мм.

Стоит отметить, что, в отличие от преобразователей Chinfa, в составе линеек MEAN WELL отсутствуют модели с выходным напряжением 9 В, кроме того, нет линейки с мощностью 7 Вт. С другой стороны, присутствуют источники с мощностью более 10 Вт.

Линейки IRM-30, IRM-45 и IRM-60 – наиболее мощные AC/DC-ИМ производства компании MEAN WELL. Они имеют выходные мощности 30/45/60 Вт соответственно и объединяют модели с выходными напряжениями 5/12/15/24/48 В. Также стоит отметить и высокий КПД этих преобразователей, который достигает 91%. Они выпускаются в двух исполнениях: для монтажа в отверстия и с винтовыми клеммами и фланцами для установки на блок.

Особенностью продукции MEAN WELL является то, что в моделях с низким напряжением реальная выходная мощность имеет меньшее значение, чем для всей серии. Например, модель IRM-05-3,3 входит в линейку преобразователей 5 Вт, хотя номинальная выходная мощность для нее составляет 4,125 Вт. Аналогично для модели IRM-15-3,3 из семейства преобразователей 15 Вт номинальная выходная мощность равна 11,55 Вт. Об этом стоит помнить при выборе источника питания. Кроме того, для большинства источников при повышенной температуре допустимая мощность падает, о чем будет сказано ниже.

Как видим, при выборе источника питания нужно ориентироваться не только на любимый бренд производителя, но и на конкретные характеристики конкретной модели преобразователя. При этом, кроме общих характеристик, необходимо обращать внимание на параметры выходного сигнала, температурную зависимость и степень защиты.

Особенности выходных характеристик AC/DC-ИП MEAN WELL и Chinfa

Схемотехнически модули AC/DC ИП производства компаний MEAN WELL и Chinfa отличаются незначительно (рисунок 3). Они представляют собой гальванически развязанные преобразователи с оптронной обратной связью. На входе преобразователей размещаются фильтры нижних частот и синфазные фильтры. Входной сигнал выпрямляется, преобразуется в высокочастотную форму и передается к потребителю с помощью импульсного трансформатора. На выходе полученный сигнал выпрямляется и отфильтровывается. Сигналы обратной связи подаются на схему управления с помощью оптопар.

Рис. 3. Блок-схемы компактных AC/DC-ИП производства компаний MEAN WELL и Chinfa

Рис. 3. Блок-схемы компактных AC/DC-ИП производства компаний MEAN WELL и Chinfa

Хотя схемы преобразователей MEAN WELL и Chinfa на структурном уровне практически идентичны, но при внимательном рассмотрении можно отметить некоторые отличия в их характеристиках.

Точность выходного напряжения для маломощных преобразователей выше у моделей от Chinfa на ±2%, зато нестабильность напряжения по нагрузке и по входному напряжению значительно меньше у источников питания MEAN WELL (таблица 2).

Таблица 2. Характеристики выходного сигнала источников питания MEAN WELL и Chinfa

Наименование Pвых* ном., Вт Fраб, кГц Точность
напряжения, %
Нестабильность
по напряжению, %
Нестабильность по нагрузке, % Шумы
(полоса 20 МГц), мВ
KAS03 3 100 ±3 ±3 ±5 200
KAS05 5 132 ±2 ±1 ±2 100
KAS07 7 132 ±2 ±1 ±2 100
KAS10 10 132 ±2 ±1 ±2 100
IRM-01 1 130 ±2,5 ±0,5 ±0,5 150/200
IRM-02 2 130 ±2,5 ±0,5 ±0,5 150/200
IRM-03 3 130 ±2,5 ±0,5/±1 ±0,5 100/150/200
IRM-05 5 130 ±2,5 ±0,3 ±0,5 200
IRM-10 10 100 ±2,5 ±0,3 ±0,5 200
IRM-15 15 100 ±2,5 ±0,3/±0,5 ±0,5/±1 200
IRM-20 20 100 ±2,5 ±0,3/±0,5 ±0,5/±1 200
IRM-30 30 65 ±2,5 ±0,5 ±0,5/±1 120…300
IRM-45 40 65 ±2,5 ±0,5 ±0,5/±1 80…300
IRM-60 50 65 ±2,5 ±0,5 ±0,5/±1 80…240
* – Номинальная мощность для семейства.

Если рассматривать выходной шум, то он меньше у представителей Chinfa. Также их достоинством является чуть более высокое значение рабочей частоты (таблица 2).

Особенности температурных характеристик AC/DC-источников питания MeanWell и Chinfa

При выборе источника питания чрезвычайно важно знать не только номинальные параметры, но и реальные значения при различных условиях эксплуатации. Тем более что даже с номинальными значениями, как было показано выше на примере источников MEAN WELL, есть некоторый нюанс.

Наиболее важной зависимостью для источников питания является зависимость от температуры. Не смотря на то, что для большинства преобразователей Chinfa заявлена рабочая температура -40…71°С, а для преобразователей MEAN WELL -30…85°С, стоит помнить, что не во всем диапазоне они могут выдавать заявленную мощность. Например, модели из линейки KAS05 способны работать в полную силу при температурах до 61°С, а модели из линейки IRM-05 – до температуры 50°С (рисунок 4). Дальнейший рост температуры должен сопровождаться снижением нагрузки на источник.

Рис. 4. Температурные характеристики источников питания MEAN WELL и Chinfa

Рис. 4. Температурные характеристики источников питания MEAN WELL и Chinfa

Анализ характеристик показывает, что ИП Chinfa отличаются более широким диапазоном температур и способны работать даже при -40°С (таблица 1). В то же время преобразователи MEAN WELL имеют более высокую рабочую температуру – до 85°С.

Стоит обратить внимание на еще один тонкий момент при определении допустимой мощности при повышении температуры. С первого взгляда кажется, что у AC/DC-источников питания MEAN WELL температурная характеристика лучше, так как у них меньше зависимость предельной выходной мощности при повышенных температурах: мощность снижается на 2,5% на каждый градус при температурах 50…70°С. В это же время для ИП Chinfa мощность падает со скоростью 4% на градус в диапазоне 61…71°С. Причиной большего снижения мощности у Chinfa является то, что диапазон рабочих температур без снижения мощности у этих преобразователей шире, то есть в целом их температурные характеристики лучше. В результате при температуре 70°С преобразователи Chinfa выдают 60% мощности, а модули MEAN WELL только 50%.

Внутренняя защита AC/DC-ИП MeanWell и Chinfa

Одно из основных достоинств модульных источников питания заключается в том, что они имеют сертификацию согласно стандартам безопасности EN или МЭК. Это относится и к источникам питания производства компаний MEAN WELL и Chinfa.

Все типы представленных преобразователей имеют встроенную защиту от перегрузки по току (таблица 3). При превышении заявленных значений преобразователи переходят в прерывистый режим работы с автоматическим восстановлением. То есть, если выходной ток превысил заданный уровень, то источник отключается и включается по истечении определенного времени.

Таблица 3. Защитные характеристики источников питания MEAN WELL и Chinfa

Наименование Сопротивление
изоляции, МОм
Рейтинг напряжения изоляции, В AC Предохранитель, А Защита от КЗ Защита от перенапряжения, мин., В
KAS03 100 3000 0,5/1 есть есть
IRM-01 100 3000 есть есть

Также все модели снабжены защитой от перенапряжений.

Интересной особенностью моделей производства Chinfa является наличие встроенного предохранителя 0,5 или 1 А на входе схемы.

Заключение

Использование модульных источников питания зачастую становится неизбежным из-за необходимости быстрого вывода новых электронных продуктов на рынок. При этом к услугам разработчиков предлагается достаточно широкий выбор модульных AC/DC-преобразователей, в том числе – с монтажом на печатную плату.

Наиболее популярными AC/DC-преобразователями на отечественном рынке являются модули производства компаний MEAN WELL и Chinfa:

  • с различной выходной мощностью: 1…60 Вт;
  • с различными выходными напряжениями: 3,3/5/12/15/24/48 В;
  • с диапазонами рабочих температур: -40…71°С (Chinfa) и -30…85°С (MEAN WELL);
  • со встроенными механизмами защиты от перенапряжений и перегрузки по току.

При выборе ИП следует большое внимание уделять не только общим характеристикам, но другим параметрам, например температурным зависимостям и параметрам выходного сигнала.

Литература

  1. http://www.meanwell.com/.
  2. http://www.chinfa.com/.

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

chinfa_ne_09_16

•••

Наши информационные каналы

Товары
Наименование
IRM-10-15 (MW)
IRM-03-9 (MW)
IRM-15-12 (MW)
IRM-02-5 (MW)
IRM-10-24 (MW)
KAS0524 (CHINFA)
KAS0324 (CHINFA)
KAS0509 (CHINFA)
KAS0512 (CHINFA)
KAS0309 (CHINFA)