Как подобрать модуль DC/DC по входному диапазону, изоляции и мощности

Модуль DC/DC — готовый преобразователь напряжения в собственном корпусе, с намотанными трансформатором или дросселем, схемой управления и защитами. В отличие от микросхемы-преобразователя, которой нужна внешняя обвязка из дросселя, конденсаторов и делителя обратной связи, модуль устанавливается на плату как единая позиция с нормированными входом, выходом и КПД. Группа собрана в разделе DC/DC преобразователи, рядом лежат стабилизаторы напряжения и AC/DC преобразователи.

Ниже разобрано, по каким параметрам модуль отсекается ещё до сравнения цен, чем различаются изолированные и неизолированные исполнения, как читается обозначение по мощности и входному напряжению и что заказывается вместе с модулем.

Параметры, по которым модуль отсекается сразу

• Диапазон входного напряжения. Указывается не одним числом, а интервалом. Исполнения с обычным входом рассчитаны примерно на ±10 % от номинала, с расширенным входом — на двукратный или четырёхкратный диапазон; у Traco Power такие исполнения несут суффикс WI, например TEN 15-2412WI и TEN 20-2411WI. Если питание идёт от аккумуляторной сборки или от бортовой сети, где напряжение проседает и всплывает, берётся исполнение с расширенным входом.
• Выходное напряжение и ток. Для цифровой части это 3,3 и 5 В, для аналоговой — ±12 и ±15 В, для приводов и интерфейсов — 24 В. Двухполярные цепи закрываются модулями с двумя выходами, например THD 15-2421N.
• Мощность. У большинства производителей она указана прямо в обозначении: TEN 3-1211 — 3 Вт, TEN 5-2411 — 5 Вт, TEN 25-2411 — 25 Вт, TCL 060-124C — 60 Вт, TCL 120-112C — 120 Вт, Mornsun URB1D24LMD-20WR3 — 20 Вт, URF4812QB-150WHR3A5 — 150 Вт, MEAN WELL SPBW03F-12 — 3 Вт.
• Наличие гальванической изоляции и напряжение изоляции. Это отсечной признак: неизолированный модуль нельзя поставить туда, где требуется разделение цепей.
• Рабочий диапазон температур и необходимость снижения мощности при нагреве. Паспортная мощность достигается не во всём диапазоне: выше определённой температуры корпуса допустимая нагрузка снижается, и модуль берётся с запасом.
• Способ монтажа и габариты корпуса. Выводное исполнение в корпусе DIP, поверхностный монтаж — у Traco Power это суффикс SM в обозначении THL 3-2415WISM, — модуль на радиатор или на шасси.

Изолированный или неизолированный модуль

Выбор определяется не удобством, а схемой заземления и требованиями по безопасности.

• Изолированный модуль нужен там, где входная и выходная цепи не должны иметь общей точки: питание интерфейсов RS-485 и CAN, питание датчиков на длинных линиях, измерительные каналы с высоким потенциалом, питание драйверов силовых ключей. Примеры изолированных исполнений в каталоге — Texas Instruments DCP020505U, Murata NCS3S1212SC, Mornsun TD331SCANH для интерфейса CAN, Traco Power TEN и THD. Разделение сигнальной части при этом выполняется отдельно — оптопарами или цифровыми изоляторами.
• Неизолированный модуль ставится внутри одной цепи для понижения или повышения напряжения: 24 В в 5 В на плате, 12 В в 3,3 В для логики. Он дешевле, компактнее и имеет более высокий КПД. В эту же группу попадают готовые понижающие сборки вида «12/24 В → 5 В 5 А» и модули с широким входом «30–96 В → 24 В».
• Повышающие и инвертирующие схемы. Когда напряжение нужно поднять или получить отрицательное, применяются соответствующие исполнения и микросхемы — Texas Instruments TPS63060 для двунаправленной схемы, LM2664 для инвертирования, Analog Devices LT3580 для повышения.

Модуль или микросхема с обвязкой

Одна и та же задача закрывается двумя способами, и выбор между ними — это решение о себестоимости и сроках.

• Модуль выигрывает при малых и средних тиражах, при жёстких сроках и когда в команде нет свободного ресурса на расчёт силовой части. Он занимает одну строку в спецификации, уже проверен производителем и не требует разводки силового контура.
• Микросхема с обвязкой выигрывает на крупной серии: позиции вида Texas Instruments TPS563200, LM2596S-ADJ, Monolithic Power MP1584EN и MP2325 дешевле модуля в разы, но требуют подбора дросселя, входных и выходных керамических конденсаторов, делителя обратной связи и аккуратной разводки. Сопутствующие микросхемы управления питанием собраны в разделе управление питанием.
• Промежуточный вариант — модули в виде микросборки, например Analog Devices LTM4607: внутри уже и ключи, и дроссель, но монтируется как микросхема.

Что сравнивают при выборе исполнения

Что заказывают вместе с модулем

• Входной фильтр. Ферритовые фильтры и дроссели по входу снижают излучаемые и наведённые помехи от импульсного преобразования. Для аппаратуры, которая проходит проверку по электромагнитной совместимости, фильтр закладывается сразу, а не добавляется после замеров.
• Конденсаторы по входу и выходу. Керамические для высокочастотной составляющей, электролитические или танталовые для запаса энергии. Производитель указывает минимальную ёмкость, при которой гарантируются паспортные пульсации.
• Защита входа. Предохранители и держатели по току и защитные диоды TVS от импульсов в питающей линии.
• Подключение. Разъёмы питания и клеммные колодки под сечение провода и рабочий ток.
• Запас на серию. Модули питания входят в число позиций с длинным сроком поставки, поэтому страховой запас считается отдельно — услуга складской запас по номенклатуре.

Частые вопросы

Чем отличается модуль с обычным входом от исполнения с расширенным? Шириной допустимого диапазона питания. Обычное исполнение рассчитано на номинал с небольшим допуском, исполнение с расширенным входом — на двукратный или четырёхкратный диапазон. Второе дороже и, как правило, имеет чуть меньший КПД в середине диапазона, зато не выходит из режима при просадках.

Можно ли нагружать модуль на паспортную мощность постоянно? Только в пределах температурного диапазона, где снижение мощности не требуется. Для длительной работы берётся запас по мощности, а для корпусов с радиатором проверяется расчётный тепловой режим в месте установки.

Что происходит при параллельном включении двух модулей? Без штатной поддержки такого режима ток между модулями делится неравномерно. Параллельная работа возможна только у исполнений, где она заявлена производителем, с соответствующей схемой выравнивания.

Чем заменить снятую с производства позицию? Аналог подбирается по совокупности параметров: мощность, диапазон входа, выход, напряжение изоляции, расположение выводов и габариты корпуса. Совпадение по мощности и напряжениям без совпадения по выводам означает переразводку платы — подбор ведётся в рамках услуги подбор аналогов снятых с производства.

Что прислать для подбора? Входное напряжение с минимумом и максимумом, требуемые выходы и токи по каждому, требование по изоляции и её напряжение, диапазон рабочих температур, способ монтажа и допустимые габариты, требования по электромагнитной совместимости, количество на партию и на год.

Что мы делаем

Подбираем модуль по входу, выходу и изоляции, проверяем запас по мощности и температуре, собираем обвязку из фильтров, конденсаторов и защиты, предлагаем аналог, если позиция недоступна. Разделы — DC/DC преобразователи, стабилизаторы напряжения и управление питанием, услуги — подбор компонентов по схеме, поставка компонентов под заказ и входной контроль партии.

Пришлите схему питания или перечень позиций на micro@tkasiatorg.ru — подберём модули под диапазон входа и нагрузку и посчитаем комплект с обвязкой.