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模塊化 DC/DC 轉(zhuǎn)換器有什么好處

2018-08-21
關(guān)鍵詞: 電路 控制器 FPGA DSP

  復(fù)雜的現(xiàn)代電路通常包含大量元器件,,例如微控制器,、IC,、DSPFPGA 等,。每個(gè)元器件均具有特定的供電電壓要求。由共享“中央”電源和大量局部轉(zhuǎn)換器模塊構(gòu)成的分布式電源系統(tǒng),,成為能夠滿足這種要求的最高能效解決方案,。直到最近,制造商才開(kāi)始選用分立器件,,尤其是在需要大量使用時(shí),。由于全面認(rèn)證型模塊的價(jià)格穩(wěn)步下降,該等產(chǎn)品現(xiàn)已成為可行的替代品,。當(dāng)前這種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的模塊幾乎適用于任何應(yīng)用,。

  人們?cè)缫颜J(rèn)識(shí)到模塊化 DC/DC 轉(zhuǎn)換器具有更高的能效和可靠性,但因其高成本,,制造商并未在設(shè)計(jì)中使用這種轉(zhuǎn)換器,,尤其是在需要大量轉(zhuǎn)換器時(shí)。盡管開(kāi)發(fā)成本仍在增加,,但認(rèn)證型模塊的價(jià)格相較于前幾年已有大幅下降,。此外,如果考慮產(chǎn)品上市時(shí)間等其他問(wèn)題,,模塊化轉(zhuǎn)換器通常是時(shí)下較為劃算的選擇,。

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  雖然大多數(shù)制造商已在電路中使用采購(gòu)的開(kāi)關(guān)模式電源,但他們通常對(duì)于在設(shè)計(jì)中使用第三方 DC/DC 轉(zhuǎn)換器仍然有所遲疑,。其中有兩個(gè)主要原因:一方面是 DC/DC 轉(zhuǎn)換器以低直流電源工作,,屬于相對(duì)簡(jiǎn)單的元器件;另一方面是,它們構(gòu)成了印刷電路板的一部分,,所以最好采用一種工藝與其他元器件一起貼裝,。

  初看起來(lái),開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)換器似乎是一項(xiàng)相對(duì)簡(jiǎn)單的工作,。但這是一種錯(cuò)覺(jué),,因?yàn)橥ǔ1砻婵雌饋?lái)簡(jiǎn)單的器件,細(xì)節(jié)中最容易出現(xiàn)問(wèn)題,。設(shè)計(jì) DC/DC 轉(zhuǎn)換器時(shí),,模擬技術(shù)的一些特性通常會(huì)引發(fā)很棘手的問(wèn)題。例如,,印制線會(huì)產(chǎn)生不存在于電路圖中的電容或電感,,這些電容或電感通常無(wú)法預(yù)測(cè)。此外,,變壓器的性能不僅受鐵氧體材料影響,,還取決于器件工作的磁滯回線范圍。這會(huì)產(chǎn)生高水平干擾,,可能需要重復(fù)二次設(shè)計(jì),。最終導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)布推遲,有時(shí)會(huì)推遲幾個(gè)月,。而制造商選擇現(xiàn)成的模塊,,不僅縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間,同時(shí)還將商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)降至最低,。

  轉(zhuǎn)換器模塊高效且實(shí)用

  專業(yè)供應(yīng)商為轉(zhuǎn)換器模塊帶來(lái)的另一巨大優(yōu)勢(shì)是高效和出眾的可靠性,,這些模塊已得到數(shù)以千計(jì)應(yīng)用的驗(yàn)證。現(xiàn)代設(shè)計(jì)通常需要大量轉(zhuǎn)換器,,所以建議開(kāi)發(fā)人員應(yīng)密切關(guān)注每個(gè)此類元件的能效,。大型轉(zhuǎn)換器通常以超過(guò) 90% 的能效等級(jí)工作,而使用 1 W 至 2 W 范圍的小型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器難以實(shí)現(xiàn)這種額定能效,,因?yàn)槊總€(gè)轉(zhuǎn)換器具有固定的靜態(tài)功耗,,而小型轉(zhuǎn)換器的此類功耗比率比大型轉(zhuǎn)換器相對(duì)更高。因此根據(jù)實(shí)際的功率和拓?fù)?,?jīng)優(yōu)化的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器能效約為 85% 至 92%,。

  但在這種情況下,僅關(guān)注滿負(fù)載時(shí)的絕對(duì)額定能效,,而不考慮較低負(fù)載范圍的能效,,會(huì)有一定的危險(xiǎn),。一般來(lái)說(shuō),所有轉(zhuǎn)換器以接近額定負(fù)載工作時(shí),,可以達(dá)到最高能效,。負(fù)載越低,則能效越低,。但設(shè)計(jì)精良的轉(zhuǎn)換器具有穩(wěn)定的高能效,,尤其在重要的中到低負(fù)載范圍內(nèi)。

  對(duì)指甲大小的新型 R1SX-0505 1 W 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行測(cè)試,,并與相同額定功率的定制轉(zhuǎn)換器比較進(jìn)行,,兩者在能效方面存在巨大差別。滿負(fù)載時(shí),,定制設(shè)計(jì)型號(hào)已達(dá)到約 70% 的可接受能效水平,。但在半負(fù)載時(shí),能效降至略高于 55% 的水平,,而 RECOM 模塊即使在半負(fù)載時(shí)也可以達(dá)到 72% 的能效,,高出了 17 個(gè)百分點(diǎn)(圖 1)。定制設(shè)計(jì)的器件功率損耗為 409 mW,,比損耗為 195 mW 的 R1SX 高出一倍還多,。在這種情況下,選擇“現(xiàn)成的”模塊不僅可以降低能源消耗,,還可以降低 PCB 上的熱負(fù)載,。

  模塊化轉(zhuǎn)換器的其他優(yōu)點(diǎn)

  此外,模塊化轉(zhuǎn)換器在尺寸和功率密度方面絕對(duì)領(lǐng)先,。由于電路越來(lái)越復(fù)雜,,因此 PCB 上的小型基底面展現(xiàn)出了巨大優(yōu)勢(shì)。通常,,RECOM 模塊中的分立轉(zhuǎn)換器僅占據(jù)一半空間,。這是一項(xiàng)巨大優(yōu)勢(shì),因?yàn)?PCB 上的空間越來(lái)越緊缺,。

  模塊化轉(zhuǎn)換器在材料管理方面也具有重要優(yōu)勢(shì),。生產(chǎn)定制轉(zhuǎn)換器需要的環(huán)形變壓器、鐵氧體磁芯,、扼流圈和晶體管等零件,,均為高度專業(yè)元器件,通常內(nèi)部零件清單中沒(méi)有,。購(gòu)買“現(xiàn)成的”模塊,,可以簡(jiǎn)化零件清單并使之易于管理。

  最后,,使用認(rèn)證型元器件也能夠極大地加速最終產(chǎn)品的認(rèn)證,。為避免麻煩,,在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)盡早考慮解決最終障礙。作為該領(lǐng)域的領(lǐng)先制造商,,RECOM 又向前推進(jìn)了一步,,在提交認(rèn)證之前,向客戶提供在內(nèi)部 EMC 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試產(chǎn)品的選擇,。

  結(jié)論

  如果僅比較元器件的成本,分立轉(zhuǎn)換器的價(jià)格一般會(huì)低于采購(gòu)模塊的價(jià)格,。但當(dāng)考慮開(kāi)發(fā),、測(cè)試和認(rèn)證成本時(shí),將會(huì)出現(xiàn)不同的情況,。 而實(shí)際上模塊化轉(zhuǎn)換器的價(jià)格已較前幾年有大幅度下降,。

  這些模塊采用全自動(dòng)化生產(chǎn)工藝,具有極高的緊湊性和可靠性,。例如,,可以在溫度 -40°C 至 +100°C,滿負(fù)載時(shí)工作,,其隔離電容比競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品高出約 40 倍,。這些轉(zhuǎn)換器可用于 3.3 V 或 5 V 的輸入/輸出電壓,具有 1 kVDC 或 3 kVDC 隔離,。該系列獲 IEC/UL/EN 62368-1 和 UL 60950-1 全面認(rèn)證,,并提供三年質(zhì)保。


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