Немногим дороже дискретного решения: новое поколение импульсных стабилизаторов Mornsun

Сергей Миронов (КОМПЭЛ)

В качественных импульсных стабилизаторах семейства R78xxR3 производства Mornsun используется оригинальная микросхема собственной разработки, что привело к существенному снижению общей стоимости изделий.

Практически во всех радиоэлектронных устройствах массово применяются линейные понижающие стабилизаторы напряжения типа КРЕН в корпусе TO220 (другое обозначение – 78хх) и им подобные для формирования основного напряжения питания схемы. Данные стабилизаторы позволяют без особых затрат получить нужное для каскада или узла схемы напряжение, если устройство питается от внешнего источника с более высоким напряжением. Для этого требуются стабилизатор и два конденсатора (рисунок 1).

Рис. 1. Типовая схема включения линейного стабилизатора напряжения

Рис. 1. Типовая схема включения линейного стабилизатора напряжения

Эта схема очень простая, выгодная по цене и обладает хорошими параметрами по ЭМС. Тем не менее, и у нее есть недостаток, который является следствием линейной стабилизации – это невысокий КПД, особенно если выходное напряжение имеет низкое значение. Как правило, стабилизатор для отвода тепла требуется устанавливать на радиатор. Это необходимо при повышенных токах нагрузки и/или при большой разнице между значениями входного и выходного напряжений. Особенно актуально это для устройств, работающих при повышенной температуре окружающей среды. Наличие дополнительного радиатора ухудшает массогабаритные показатели устройства, а иногда для его установки просто нет места или площадь меди на печатной плате недостаточна для ее использования в качестве теплоотвода (для корпуса DPAK). Кроме того, при компоновке печатной платы не всегда имеется возможность поместить стабилизатор рядом с каскадом, который он питает, именно из-за наличия радиатора или находящихся рядом компонентов, например, электролитических конденсаторов, которым нежелателен дополнительный нагрев от стабилизатора. Это вынуждает выносить стабилизатор на край платы, что удлиняет цепи питания и ведет к сбоям при импульсном потреблении тока и неграмотной трассировке печатной платы. Помимо прочего, подобные стабилизаторы неэффективны в устройствах с автономным питанием, применение которых в последнее время возрастает..

В таких ситуациях оптимальным выбором является использование модульных импульсных понижающих стабилизаторов (неизолированных DC/DC-преобразователей), например, в корпусе SIP3 или в других. Причем преобразователи в корпусе SIP3 по выводам совместимы с корпусом TO220, а это значит, что даже в готовом устройстве можно заменить линейный стабилизатор импульсным, улучшив при этом показатели по эффективности и снизив тепловыделение (если линейный стабилизатор был установлен на радиаторе). Основное преимущество указанных стабилизаторов – именно в их эффективности: значение КПД может достигать 96%. При указанных в технических данных диапазонах токов и напряжений им не требуется радиатор, а диапазоны эти вполне широкие (выходной ток – до 2 А, а входное напряжение – до 36 В). Соответственно, снимаются ограничения, связанные с тепловыделением и дополнительным радиатором, улучшаются массогабаритные показатели устройства, возрастает общая эффективность и упрощается трассировка печатной платы, поскольку такой стабилизатор можно устанавливать в непосредственной близости от каскада, для которого он предназначен.

Эти изделия относятся к так называемому классу POL-преобразователей (Point of Load), то есть преобразователей, локализованных рядом с нагрузкой. Подобные преобразователи в различных типах корпусов выпускает известная на российском рынке DC/DC-преобразователей компания Mornsun (рисунок 2).

Рис. 2. Типы корпусов неизолированных стабилизаторов напряжения Mornsun: а)SIP3 - в корпусе; открытая плата; б) SMD - в корпусе; открытая плата; в) для объемного монтажа

Рис. 2. Типы корпусов неизолированных стабилизаторов напряжения Mornsun: а) SIP3 – в корпусе; открытая плата; б) SMD – в корпусе; открытая плата; в) для объемного монтажа

Среди всей линейки неизолированных стабилизаторов Mornsun – семейства K78xx – особое внимание заслуживают стабилизаторы напряжения нового поколения, имеющие в конце наименования символы R3 (K78xxR3). Структура наименования таких преобразователей показана на рисунке 3.

Рис. 3. Структура наименования семейства К78хх

Рис. 3. Структура наименования семейства К78хх

Стабилизаторы выпускаются на стандартный ряд фиксированного выходного напряжения 1,5…15 В и тока 500…2000 мА при входном напряжении до 36 В (в зависимости от модели). Некоторые модели можно использовать и для формирования выходного напряжения отрицательной полярности, включив стабилизатор определенным способом. Также с помощью двух преобразователей можно сформировать и биполярное напряжение со средней точкой, например, как показано на рисунке 4.

Рис. 4. Типовые схемы включения серии K78Lxx-1000R3

Рис. 4. Типовые схемы включения серии K78Lxx-1000R3

Инженеры Mornsun смогли применить нестандартный подход к разработке стабилизаторов нового поколения, в результате чего стоимость готового модульного преобразователя практически сравнялась со стоимостью компонентов при реализации подобного функционального узла на дискретных элементах. При этом технические параметры преобразователей остались прежними, а надежность увеличилась.

Нестандартный подход заключается в том, что в стабилизаторах семейства R78xxR3 используется оригинальная микросхема собственной разработки, и изготавливаются они на производстве с высокой степенью автоматизации. Такой подход позволил сократить число внутренних компонентов, что уменьшило стоимость комплектующих, а также снизить трудоемкость изготовления, что привело к существенному снижению общей стоимости. Сокращение количества компонентов с уменьшением количества точек пайки привело к повышению общей надежности, а высокая степень автоматизации обеспечивает хорошую стабильность (повторяемость) параметров от партии к партии и уменьшение времени изготовления.

Поскольку рассматриваемые стабилизаторы относятся к классу импульсных преобразователей, то возникает вопрос: как у них обстоят дела с ЭМС? Здесь тоже все в порядке. Достаточно просто обеспечить ЭМС по критериям требований CISPR32/EN55032 класс В. Для этого следует применить на входе стабилизатора простой LC-фильтр, показанный, например, в блоке 2 рисунка 5, а если необходимо дополнительно обеспечить устойчивость к импульсным помехам и выбросам амплитудой до 1 кВ, рекомендуется использовать схему защиты (смотреть блок 1 на рисунке 5). Параметры компонентов фильтра и схемы защиты указаны в технических данных на конкретную модель.

Рис. 5. Схема включения преобразователя серии K78Lxx-1000R3 в соответствии с требованиями ЭМС и с дополнительной защитой от импульсов амплитудой до 1 кВ

Рис. 5. Схема включения преобразователя серии K78Lxx-1000R3 в соответствии с требованиями ЭМС и с дополнительной защитой от импульсов амплитудой до 1 кВ

Преобразователи семейства K78ххR3 (таблица 1) характеризуются крайне низким значением тока собственного потребления (на уровне нескольких десятых долей мА), что на порядок ниже, чем у линейных стабилизаторов, и обладают самовосстанавливающейся защитой от короткого замыкания на выходе. 

Таблица 1. Основные параметры стабилизаторов семейства К78хх производства Mornsun

Наименование Выходной ток, мА Диапазон входного напряжения, В Выходное напряжение, В Тип корпуса Размер (ДхШхВ), мм Примечание
K78xxJT-500R3 500 4,75…36 3,3/5/9/12/15 SMD
(открытая плата)
12,50х13,50х3,50
K78xxW-500R3 500 4,75…36 3,3/5/9/12/15 с проводами 11,50х9,00х17,50 Объемный монтаж
K78xxT-500R3 500 4,75…36 1,5/1,8/2,5/3,3
/5/6,5/9/12/15
SMD 15,24х11,40х8,25
K78Lxx-500R3 500 4,75…36 3,3/5/12/15 SIP
(открытая плата)
10,00х7,20х11,00
K78xx-500R3 500 4,75…36 3,3/5/9/12/15 SIP 11,60х7,55х10,16
K78xxT-1000R3 1000 4,75…36 1,5/1,8/2,5/3,3
/5/6,5/9/12
SMD 15,24х11,40х8,25
K78Lxx-1000R3 1000 6…36 3,3/5/12/15 SIP
(открытая плата)
11,50х7,50х17,50
K78xx-1000R3(L) 1000 6…36 3,3/5/9/12/15 SIP 11,50х9,00х17,50 L-выводы под углом 90°
K78xxM-1000R3 1000 6…36 3,3/5/9/12/15 SIP 11,60х8,00х10,40
K78xx-1500(L) 1500 4,75…18 3,3/5/6,5 SIP 11,50х9,00х17,50 L-выводы под углом 90°
K78xx-2000R3 2000 4,5…36 2,5/3,3/5/9/12/15 SIP 11,50х9,00х17,50
K78xx-2000(L) 2000 4,75…18 2,5…6,5 SIP 11,50х9,00х17,50 L-выводы под углом 90°

Заключение

Компания Mornsun выпускает широкий спектр неизолированных стабилизаторов на различные сочетания выходного тока и напряжения и в различном конструктивном исполнении (таблица 1, рисунок 2). В настоящий момент в линейке продукции имеются стабилизаторы только самого последнего поколения (R3), характеризующиеся высоким качеством и стоимостью, сравнимой со стоимостью набора дискретных компонентов (серия K78Lxx/R3), что делает их привлекательными не только для крупно-, но и для мелкосерийного производства. Стабилизаторы могут применяться в различных промышленных и коммерческих устройствах, где требуется надежность и имеются жесткие требования по ЭМС (с применением дополнительного LC-фильтра) и температурному диапазону.

•••

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
K7809JT-500R3 (MORNSUN)
K7812JT-500R3 (MORNSUN)
K7803W-500R3 (MORNSUN)
K7815W-500R3 (MORNSUN)
K7803T-500R3 (MORNSUN)
K7805T-500R3 (MORNSUN)
K78L03-500R3 (MORNSUN)
K78L05-500R3 (MORNSUN)
K7805T-1000R3 (MORNSUN)
K7803T-1000R3 (MORNSUN)
K7812M-1000R3 (MORNSUN)
K7805M-1000R3 (MORNSUN)
K7803-1500 (MORNSUN)
K78X6-1500L (MORNSUN)
K7803-2000R3 (MORNSUN)
K7805-2000R3 (MORNSUN)