Компактные и малошумящие AC/DC- и DC/DC-преобразователи от TRACO Power

17 ноября 2017

Швейцарская компания TRACO Power – это широчайшая линейка надежных AC/DC- и DC/DC-модулей для монтажа на печатную плату. Многие из них подходят для применения в высоконадежной прецизионной аппаратуре, имеют возможность дистанционного управления и обладают другими привлекательными потребительскими характеристиками.

К выбору источника питания (ИП) и его параметров следует подходить очень ответственно, так как это основа электронного устройства. Если у вас достаточно опыта и знаний в области разработки ИП, вы можете использовать свои проверенные схемотехнические решения либо довериться производителям, чье качество продукции является достаточно высоким. Если вам необходим ИП с гальванической изоляцией, большой энергетической плотностью, высоким КПД, широким температурным диапазоном, хорошей точностью – иногда экономически выгоднее приобрести готовый модуль питания. Еще сложнее сертифицировать самостоятельно разработанный источник с учетом всех требований к электромагнитной совместимости и провести испытания устойчивости к различным видам помех.

Для разработчиков цифровых схем можно дать следующий совет по борьбе с радиочастотными помехами: чем меньше площадь источника, тем менее чувствителен он будет к помехам при прочих равных характеристиках. Конечно, малые габариты не всегда гарантируют успех. Часто единственной защитой может стать экран. Но данный вид помех – не единственная трудность и, как часто бывает в электронике, сильная сторона в одной области может стать слабой стороной в другой. Для разрушающих испытаний, таких как тест на электрическую прочность изоляции «вход-выход» и микросекундные импульсные помехи, лучше предусмотреть как можно большее расстояние между проверяемыми цепями электрической схемы или защитить цепи с помощью специальных элементов, например, варисторов. Еще один компромисс – между быстротой старта и пусковым током источника. Сильно ограничивая пусковой ток, мы замедляем время выхода источника питания на рабочий режим.

При разработке любого устройства с питанием от первичной электросети придется столкнуться с его обязательной сертификацией. Если вы приобретаете источник у надежного производителя, он гарантирует все необходимые характеристики и надежность своей продукции. Качественный модуль питания может помочь ускорить разработку и сертификацию вашей конечной продукции.

Разработчикам электронных устройств хорошо известен бренд TRACO Power. Он принадлежит швейцарской компании TRACO Electronic AG, чья специализация – проектирование и производство источников питания для применения в различных устройствах. История компании насчитывает более 35 лет, и все это время их опыт был сосредоточен в области преобразования электроэнергии (AC/DC, DC/DC, DC/AC). На российском рынке этот бренд присутствует с середины 90-х годов. Компания имеет собственное производство на Тайване, где выпускает большую часть продукции. Для отдельных высокотехнологичных компонентов используются производственные мощности в Японии. Вся продукция компании TRACO проходит 100% контроль качества, что гарантирует полное соответствие заявленным характеристикам.

Существующая конкуренция на рынке электронных компонентов мотивирует производителей выпускать все новые и новые устройства. Производители улучшают характеристики выпускаемой продукции и/или стараются снизить себестоимость. Помимо этого разворачивается борьба за снижение габаритных размеров. Сражение идет за каждый квадратный миллиметр площади на печатной плате. Миниатюризация устройств – общая тенденция для всех производителей электроники. TRACO Power, как один из ведущих игроков рынка, постоянно совершенствует продукцию. В последнее время компания выпустила несколько новых серий AC/DC- и DC/DC-преобразователей, улучшив их характеристики и уменьшив габаритные размеры.

TMG и TMPS – сверхкомпактные маломощные АС/DC-преобразователи

Рис. 1. Модули питания серии TMG

Модули питания серии TMG с мощностью 7 и 15 Вт поставляются в залитых компаундом пластмассовых корпусах с минимальными габаритами и предназначены для установки на печатную плату (рисунок 1). Данная серия оптимизирована по техническим характеристикам и цене и обладает высокой эффективностью. В линейке TMG представлены образцы с КПД до 90%, изоляцией до 5656 В DC и универсальным входным диапазоном напряжения 90…264 В AC и 120…370 В DC. Выходное напряжение 5…24 В DC в зависимости от исполнения (таблица 1) с точностью установки ±2%. Не требуется минимальная нагрузка. Дополнительно рекомендуется защитить модуль предохранителем 2 А. Все модули питания разработаны с использованием высококачественной элементной базы, имеют защиту от короткого замыкания и перенапряжения. Средняя наработка на отказ – более 500 тысяч часов, что характеризует высокую надежность этих модулей питания. Немаловажен и рабочий диапазон температур: -40…70°C. Все изделия TRACO Power проверены на соответствие EMI и имеют сертификаты.

Таблица 1. Основные технические параметры серии TMG

Преобразователи серии TMPS мощностью 3 и 5 Вт также выпускаются в залитых компаундом корпусах, но с габаритными размерами всего 25,4х25,4 мм. Эти легкие модули очень удобны для монтажа на печатную плату. Несмотря на свои габариты, они обеспечивают изоляцию 4242 В DC в течение 60 с. Рабочий температурный диапазон немного уже, чем у серии TMG, он составляет -25…70°C. Эти модули имеют также широкий входной диапазон по напряжению 85…264 В AC и 120…370 В DC. Выходное напряжение 3,3…48 В DC в зависимости от исполнения (таблица 2) с точностью установки ±2%. Модули серии TMPS имеют защиту от превышения выходного напряжения до 190% от номинального. Вся линейка сертифицирована для применения в промышленных устройствах, а также на соответствие EN60335-1 для применения в бытовых системах, полностью соответствует запросам потребителей в отношении качества. Для серии модулей TMPS TRACO Power предоставляет трехлетнюю гарантию.

Следует обратить внимание, что для данной серии есть особые требования к емкостной нагрузке.

Серия TMPS 05 полностью соответствует ErP-директивам и потребляет в режиме холостого хода менее 300 мВт. Она также соответствует требованиям стандартов EN 55022 класса Б и EN 55014-1 класса защиты 2.

Таблица 2. Основные технические параметры серии TMPS

Семейства 3WI/WISM и 5WI/WISM DC/DC-преобразователей с уникальной плотностью мощности

Рис. 2. Сверхкомпактные DC/DC-преобразователи серий WI и WISM

TDN – семейство сверхкомпактных DC/DC-преобразователей с выходной мощностью 3 и 5 Вт, выполненных в корпусах с габаритными размерами всего 13,2х9,1х10,2 мм. Основные различия между сериями WI и WISM (рисунок 2) – способ установки на печатную плату; по основным техническим параметрам они практически идентичны (есть незначительные отличия в КПД). Серия WI имеет штыревые выводы и DIP-корпус, а WISM – планарные выводы и SMD-корпус.

Данные модули имеют широкий диапазон входного напряжения 4:1. Требования к минимальной нагрузке отсутствуют. Модули способны работать с полным набором входных и выходных напряжений, в том числе с двухполярным (таблицы 3, 4) с максимальным КПД 84% и защитой от короткого замыкания. Гальваническая изоляция «вход-выход» составляет 1600 В DC. Рабочий температурный диапазон -40…70°C.

Одной из особенностей данной серии является функция Remote on/off, обеспечивающая возможность удаленного управления устройством. Включение и выключение питания может осуществляться логическим сигналом через оптрон. Данная функция может быть очень полезна в сфере автоматизации, где требуется экономия электроэнергии. С помощью центрального управления можно распределить задачи так, чтобы включать и выключать модули или устройства системы в нужный момент времени.

Если вы собираетесь использовать преобразователи с двухполярным питанием, постарайтесь распределить нагрузку равномерно между обоими плечами. Это поможет избежать взаимного влияния между каналами питания. При расчете потребления всегда необходимо предусматривать запас мощности не менее 20%.

Таблица 3. Технические характеристики серии TDN 3WI/WISM

На сайте компании TRACO Power (www.tracopower.com) для многих моделей можно найти рекомендации по построению входных фильтров, соответствующих условиям EN 55032 классов А и Б. Также для модулей питания можно найти готовые 3D-модели в формате STEP. Это поможет разработчикам сэкономить время на создание объемной модели устройства.

Таблица 4. Технические характеристики серии TDN 5WI/WISM

Для прецизионной аппаратуры требуются элементы с очень точными параметрами. Это в полной мере относится и к преобразователям питания. От качества питания зависят характеристики всех измерительных устройств, использующих датчики разных типов и различные измерительные тракты. Если на АЦП подать опорное напряжение с плавающими параметрами, то реализовать точную измерительную систему будет уже невозможно. Ко многим измерительным устройствам предъявляются очень жесткие требования по точности и, соответственно, по питанию. Это относится ко всем испытательным и контрольно-измерительным системам в области производства, медицины, авиационно-космической отрасли и так далее. Модули TRACO Power соответствуют всем требованиям данных областей применения. Компания постоянно улучшает параметры своих изделий и выпускает новые серии модулей питания с высокой стабильностью выходных параметров.

Малошумящие DC/DC-преобразователи TVN 5WI

Рис. 3. Малошумящие модули питания серии TVN 5WI

Серия модулей питания TVN 5WI с мощностью 5 Вт – это высокая стабильность выходного напряжения с очень малым уровнем шума и пульсаций (рисунок 3). Типовые значения пульсаций составляют всего 10 мВ от пика до пика. Модули данной серии надежно защищены от различных электромагнитных помех экраном по всем шести сторонам корпуса. Отличительные особенности серии TVN 5WI — функция блокировки при пониженном входном напряжении и возможность корректировки выходного напряжения для однополярного питания -10%/+20% и для двухполярного ±10%. Блокировка срабатывает в случае снижения напряжения питания ниже рабочего порогового уровня.

Например, для модуля с номинальным напряжением питания 9 В DC и разрешенным диапазоном 4,5…12 В DC граница блокировки будет 3…4,4 В DC. Эту функцию можно успешно использовать для защиты устройств с аккумуляторным питанием. Модуль питания отключает нагрузку, чтобы не дать аккумулятору полностью разрядиться. В отключенном состоянии ток холостого хода составляет 3 мА. Корректировка выходного напряжения производится с помощью внешних резисторов, подключаемых к выводу TRIM, и одного из выводов выходного питания (рисунок 4). Также имеется функция удаленного управления питанием.

Рис. 4. Габариты и назначение выводов TVN 5WI

Данная серия модулей имеет широкий диапазон входного напряжения 4:1. Отсутствуют требования к минимальной нагрузке. Линейка модулей характеризуется широким диапазоном выходных напряжений, в числе которых – двуполярное (таблица 5) с максимальным КПД 89%. Гальваническая изоляция 1600 В DC. Рабочий температурный диапазон -40…85°C. Средняя наработка на отказ – более 4 миллионов часов.

Дополнительно рекомендуется защитить модуль с помощью предохранителя. Имеются специфические требования к емкостной нагрузке, на что надо обратить особое внимание.

Таблица 5. Технические характеристики серии TVN

Надежность источника можно проверить только в лаборатории, а его параметры несложно измерить самостоятельно, чтобы убедиться в соответствии характеристик заявленным. Для измерения выходных параметров ИП необходимо правильно подключить щупы осциллографа, чтобы не вносить искажения в полученный результат. Вначале необходимо отсоединить стандартный длинный земляной провод от измерительного щупа осциллографа и вместо него воспользоваться специальной насадкой для точных измерений (рисунок 5). Обычно она присутствует в комплекте осциллографа, но если такая насадка отсутствует, то ее можно быстро изготовить самостоятельно. Нужно взять медную проволоку средней жесткости, намотать на кольцо заземления щупа, сделав 3…4 оборота так, чтобы проволока имела надежный контакт. Один конец необходимо оставить таким, чтобы длина его была не более расстояния от вывода до вывода проверяемого источника. Далее следует переключить щуп в режим измерения 1:1 и в настройках осциллографа воспользоваться фильтрами, чтобы подавить высокочастотные составляющие. Если ваш осциллограф имеет полосу пропускания 100 МГц, то будет лучше переключить его в режим с меньшей полосой пропускания, например 20 МГц. Также для корректного изменения необходимо нагрузить источник. Автор статьи обычно нагружает его на 50% от номинальной мощности. Проделав эти нехитрые действия, можно подключиться к выводам источника питания и измерить номинальное напряжение. После замера напряжения нужно перевести осциллограф в режим закрытого входа (измерение переменной составляющей). Затем установить предел измерения, пропорциональный указанным в документации шумам, и наблюдать соответствие фактического уровня пульсаций и шума заявленным в характеристиках данного источника.

Рис.5. Щуп осциллографа с насадкой для точных измерений

Стоит ли дополнительно к готовому модулю питания использовать фильтры и защитные элементы?

С одной стороны, предосторожности не бывают лишними, а с другой – использование дополнительных элементов увеличивает себестоимость конечного устройства. Применение входных фильтров может быть напрямую рекомендовано производителем ИП, а если таких рекомендаций нет – надо все тщательно проанализировать, прежде чем применить их в устройстве. Производитель ИП гарантирует характеристики своих источников, исходя из их собственной схемотехники. Если добавить к ИП входные или выходные фильтры, некоторые параметры могут измениться. Например, это может повлиять на время старта ИП, являющееся важным параметром для систем с быстрым стартом. С помощью сетевого помехоподавляющего фильтра можно существенно повлиять на кондуктивные помехи, если они превышают допустимые значения. Но на деле противостоять электрическим, магнитным и электромагнитным помехам должен сам ИП без дополнительных усовершенствований. В конечном итоге это и отличает надежный источник питания от остальных. Выходное напряжение преобразователя можно дополнительно защитить с помощью специального диода, который большую часть времени будет работать в ждущем режиме. Дополнительная защита по току, например, плавкий предохранитель, очень часто рекомендована самими производителями.

Разработка источников питания – обширная и очень важная область электроники. Если это направление электроники не является вашей сильной стороной – предпочтительнее использовать готовые модульные решения. Они позволят без проблем обеспечить ваше устройство питанием и максимально быстро вывести его на рынок электронных устройств. Компания TRACO Power уже много лет выпускает широкую линейку AC/DC- и DC/DC-модулей, среди которых можно выбрать источник для любой области применения. Применяя продукцию TRACO Power, можно быть уверенным в качестве и надежности электропитания.