Новые серии DC/DC-преобразователей компании XP Power

Компания XP Power, получившая своё нынешнее название в 2005 году после слияния XP Plc (Великобритания), XP Foresight (США) и нескольких европейских компаний, работает на рынке источников питания с 1988 года. За время своего существования компания заслужила репутацию производителя высококачественных изделий в области источников вторичного электропитания, отслеживающего все современные тенденции развития этих устройств и вкладывающего значительную часть своего годового дохода в опытно-конструкторские работы.

Последние 4-5 лет деятельность компании XP Power была главным образом сосредоточена в области AC/DС-преобразователей, и компания заслужила немалый авторитет сфере производства источников вторичного питания. Желая восполнить существенный пробел в номенклатуре своих DС/DС-преобразователей, компания XP Power около 18 месяцев занималась разработкой конкурентоспособной продукции данного направления. В результате летом прошлого года компания вышла на рынок с новым семейством DC/DC-преобразователей, имеющих выходную мощность в диапазоне от 2 до 40 Вт, – семейством J. Также было расширено существовавшее ранее и получившее большую популярность семейство I, состоящее из DC/DC-преобразователей малой мощности. Для военной техники предложены коммерческие (Commercial Off-The-Shelf – COTS) DC/DC-преобразователи серии MTC (диапазон выходных мощностей 5-35 Вт), а также DC/DC-преобразователи серии MQP120 с широким диапазоном входных напряжений (9,5…40 В) для применения в бортовой военной аппаратуре, установленной на транспортных средствах.

В семействе J представлены преобразователи мощностью от 2 до 40 Вт со стандартными значениями номинальных входных напряжений 5, 12, 24, 48 В при диапазоне входных напряжений 2:1, а для некоторых моделей 4:1 от номинала. Это преобразователи в компактном металлическом корпусе, предназначенные для монтажа на печатную плату. Предлагаются как одноканальные, так и многоканальные модели с большим количеством наиболее часто используемых в промышленности номиналов выходных напряжений.

Все преобразователи семейства J соответствуют следующим международным стандартам по устойчивости к электромагнитным помехам: EN 61000-4-2 – устойчивость к воздействию электростатического разряда; EN 61000-4-3 – устойчивость к воздействию электромагнитных излучений от разнообразных источников электромагнитных волн; EN 61000-4-6 – устойчивость к воздействию излучаемого радиочастотными передатчиками электромагнитного поля, которое может воздействовать на всю длину кабелей, подключённых к устанавливаемому оборудованию; EN61000-4-8 – устойчивость к воздействию магнитного поля, создаваемого токами питающей сети.

Соответствие мировым стандартам и способность работать в широком диапазоне входных напряжений, а также самый низкий уровень пульсаций и шумов выходного напряжения по сравнению с преобразователями других производителей этого класса продукции позволяют использовать преобразователи в обширном ряду применений, в том числе в связном и телекоммуникационном оборудовании, а также в системах управления технологическими процессами.

В отличие от большинства аналогичных изделий все преобразователи семейства J (кроме бескорпусной серии JBK) имеют металлический корпус, обеспечивающий лучшую защиту от излучаемых помех и лучший теплоотвод. Эти преобразователи могут применяться в жёстких условиях окружающей среды без дополнительных теплоотводов или активного охлаждения. Диапазон их рабочих температур лежит в пределах от –40 до +100°C.

Все преобразователи семейства J обладают такими сервисными функциями, как защита от перегрузки по току, короткого замыкания с автоматическим восстановлением, перенапряжения.

Рассмотрим основные особенности наиболее интересных серий из этого семейства преобразователей.

Миниатюрные DC/DC-преобразователи серии JCA

Серия JCA включает в свой состав модели с выходными мощностями 2, 3, 4 и 6 Вт, при этом все модели данной серии имеют одинаковые и относительно небольшие внешние габариты и одинаковое расположение контактов. Это, во-первых, унифицирует их применение, позволяет устанавливать преобразователи мощностью 4 и 6 Вт в те же отверстия под пайку, что и преобразователи мощностью 2 или 3 Вт. Во-вторых, существенно экономится место на печатной плате. Внешний вид преобразователей представлен на рис. 1. 

Габаритные размеры модуля составляют 25,4×20,3×10 мм, что на 6,4 мм короче стандартной длины 31,8 мм, принятой в промышленности. Имея стандартное расположение выводов DIP-24, 3-ваттные модули экономят 20% площади печатной платы, занимаемой аналогичными изделиями других производителей, а 6-ваттные – 31%. Это даёт возможность проектировщикам уменьшить размеры новой разработки или расширить её функциональность. Наряду с этим использование принятого в промышленности стандартного расположения выводов делает преобразователь подходящим для прямой замены устаревших или неисправных модулей в существующих конструкциях.

Для каждой модели данной серии предлагается выбор из четырёх входных номиналов напряжения 5, 12, 24, 48 В с диапазонами входных напряжений 4,5...9, 9...18, 18...36, 36...75 В соответственно. Одноканальные модели имеют выходное напряжение 3,3, 5, 12 или 15 В, а двухканальные модели обеспечивают выходные напряжения ±5, ±12 или ±15 В. Нестабильность по току составляет менее ±1%, а нестабильность по напряжению – не более ±0,3%. Необходимо отметить низкий уровень пульсации выходного напряжения (50 мВ от пика до пика) у преобразователей JCA по сравнению с изделиями подобного класса других производителей. Гальваническая изоляция выходных цепей питания от шин источника входной электроэнергии характеризуется напряжением 1500 В (основная изоляция), а изоляция между входными и выходными цепями и корпусом – напряжением 500 В.

Диапазон рабочих температур модулей – от –40 до +100°C с понижением выходной мощности при температурах выше +75°C. Для обеспечения нормального теплового режима не требуется применение дополнительного радиатора или принудительного обдува.

У преобразователей серии JCA уровень кондуктивных помех, излучаемых в питающую сеть, соответствует классу A по стандарту EN 55022 без использования внешних компонентов, что обеспечивается благодаря встроенному П-образному фильтру. При использовании внешнего входного фильтра уровень излучаемых помех соответствует классу B. На рис. 2 показана схема включения внешнего входного П-образного помехоподавляющего фильтра, который обеспечивает эффективное подавление несимметричных помех, распространяющихся по обоим входным проводам и по земле.

Для JCA02/03: L = 8 мкГн, С1 = 1 мкФ, С2 = 10 мкФ
Для JCA04/06: L = 8 мкГн, С1 = 1 мкФ, С2 = 22 мкФ

Среди сервисных функций у преобразователей серии JCA предусмотрена защита от понижения напряжения, которой нет у других преобразователей подобного класса. Эта функция особенно важна в тех случаях, когда питание преобразователя производится от батареи; без такой защиты преобразователь продолжает работать при «подсевшей» батарее, выдавая на выход уровень напряжения, не соответствующий номиналу, что может негативно сказаться на работоспособности системы в целом.

Преобразователи серии JCA соответствуют требованиям международных стандартов электробезопасности EN 60950-1, UL 60950-1.

Основные характеристики преобразователей серии JCA, равно как и других описываемых далее преобразователей семейства J, представлены в материалах табл. 1.

Преобразователи с широким диапазоном входных и выходных на пряжений серий JTB, JTC и JTH

Преобразователи серии JTB можно рассматривать в качестве замены снятых с производства 3- и 5-ваттных преобразователей серий WA и WT, так как они полностью совместимы с ними по габаритам и расположению выводов. В отличие от серий WA и WT, а также большинства преобразователей подобного класса других фирм, преобразователи JTB имеют более широкие диапазоны входных напряжений 9...36 или 18…72 В. Предлагаются одноканальные модели с номинальным значением выходного напряжения 3,3, 5, 12 или 15 В, а также двухканальные модели с выходами ±5, ±12 или ±15 В.

В серии JTC (преобразователи мощностью 4 или 6 Вт) представлены модели с теми же диапазонами входных напряжений, что и для серии JTB, но по выходным значениям напряжений предложено ещё большее разнообразие. Это одноканальные модели с номиналом 3,3, 5, 9, 12, 15, 18 или 24 В и двухканальные преобразователи с выходными напряжениями ±3, ±5, ±12, ±15 или ±24 В. Такой широкий диапазон входных и выходных напряжений позволяет использовать один и тот же преобразователь для самых различных систем, что сокращает номенклатуру изделий проекта.

Для серии JTC характерен высокий уровень основной (вход-выход) изоляции – 1500 В постоянного тока стандартно и до 3000 В постоянного тока опционально. Необходимо также отметить высокий показатель стабилизации выходного напряжения при изменении тока нагрузки: коэффициент нестабильности по току равен ±0,5%.

Преобразователи серии JTH – это более мощные модели (15 Вт) в очень компактном для данного класса изделий корпусе с размерами 50,8×25,4×10 мм. Модули JTH, имея стандартное расположение выводов, позволяют производителю осуществить прямую замену старых моделей преобразователей (например, 10-ваттных преобразователей серии JTA10) на более мощный модуль, используя ту же площадь монтажа на печатной плате.

В данной серии на выбор предлагаются модели с номинальными входными напряжениями 24 и 48 В, с тем же широким диапазоном входных напряжений 4:1, что и в представленных ранее сериях JTB и JTC. Важно отметить, что столь широкий диапазон входных напряжений не встречается у преобразователей такой мощности и такого малого размера, выпускаемых другими производителями. Как правило, чем шире диапазон рабочего входного напряжения, тем ниже КПД преобразователя, причём как в номинальном режиме, так и при граничных значениях напряжений. Однако за счёт хорошей схемотехники у данных преобразователей КПД достаточно высок и достигает 86%.

Одноканальные модели серии JTH имеют выходное напряжение 3,3, 5, 12 или 15 В, а двухканальные модели обеспечивают выходные напряжения ±5, ±12 или ±15 В. Преобразователи отличаются высокими точностными показателями: нестабильность по току и по напряжению составляет менее ±0,5%. Гальваническая изоляция выходных цепей питания от шин источника входной электроэнергии характеризуется напряжением 1500 В (основная изоляция). Диапазон рабочих температур модулей – от –40 до +100°C с понижением выходной мощности при температурах выше +60°C.

Среди сервисных функций преобразователей серии JTH следует отметить возможность дистанционного включения/выключения. Эта функция широко используется при организации программного включения отдельных модулей в соответствии с необходимым алгоритмом.

Особенностью данных моделей является очень высокое значение среднего времени безотказной работы (MTBF для JTH15 – 1 200 000 часов по MIL-STD-217F), что говорит об их долговечности и высокой надёжности и позволяет использовать эти преобразователи в ответственных применениях (связное, телекоммуникационное оборудование и др.).

Серия JBK – преобразователи открытого типа

Серия JBK – единственная серия преобразователей семейства J в бескорпусном исполнении (рис. 3). 

Эти преобразователи имеют мощность 15 Вт и высокий КПД (до 89%). Они обладают самыми маленькими габаритами (27,9×24,4×10 мм) среди преобразователей мощностью 15 Вт. Предлагаются две версии данной модели: для монтажа в отверстия печатной платы и для поверхностного монтажа.

Преобразователи JBK обладают стандартными для своего класса изделий диапазонами входных напряжений 18…36 или 36…75 В и набором выходных напряжений 3,3, 5, 12, 15 В. Возможность регулирования выходного напряжения в диапазоне ±10% от номинала расширяет область применения этой серии.

Среди сервисных функций преобразователей JBK имеется защита от понижения напряжения, редко встречающаяся у аналогичных преобразователей других фирм.

Ещё одна функция, редко встречающаяся у аналогов, – дистанционное включение/выключение. Эта функция удобна тем, что включение/выключение выходного напряжения осуществляется без отключения цепей входного напряжения и разряда конденсатора входного фильтра; в результате при подаче сигнала включения отсутствует задержка установки уровня напряжения, связанная с зарядом конденсатора входного каскада.

Преобразователи имеют встроенный П-образный фильтр, который обеспечивает соответствие уровня кондуктивных помех классу A по стандарту EN 55022 без использования внешних компонентов. При использовании внешнего входного помехоподавляющего фильтра уровень излучаемых помех соответствует классу В. На рис. 4 показана схема включения внешнего входного фильтра. 

Помехоподавляющий фильтр осуществляет как подавление электромагнитных помех со стороны питающей сети, так и подавление помех со стороны самого преобразователя. Влияние подводящих линий на уровень действующих помех ослабляется ёмкостным характером входного сопротивления (конденсатор C1 на входе фильтра). Благодаря соответствующему включению обмоток и конденсаторов C2 и C3 снижается синфазная составляющая помехи.

Многие DC/DC-преобразователи открытого исполнения требуют использования принудительного воздушного охлаждения. Преобразователи серии JBK не требуют этого: отвод тепла осуществляется конвекцией между поверхностями компонентов и окружающей средой. Преобразователи характеризуются широким диапазоном рабочих температур (–40…+100°С), причём до +70°С они работают без уменьшения выходной мощности.

Изделия серии JBK отличаются высоким значением среднего времени безотказной работы (MTBF) – 1 000 000 часов по MIL-HDBK-217F.

Недорогие и эффективные преобразователи серий JCH и JCF

Преобразователи JCH мощностью 20 Вт относятся к категории недорогих (Low cost). Оптимальный с точки зрения потребителя преобразователь должен быть наиболее эффективным, обладать широким набором сервисных функций и при этом иметь низкую стоимость, что в реальной ситуации практически недостижимо из-за плохой совместимости перечисленных требований, но возможна некоторая оптимизация по критерию «цена/качество».

Преобразователи серии JCH не уступают по своим характеристикам аналогичным преобразователям других фирм, но при этом имеют более низкую стоимость. Эта серия предоставляет на выбор большее количество вариантов исполнения с различными номиналами выходного напряжения, чем серии других преобразователей такой же мощности: одноканальные модели с выходным напряжением 5, 9, 12, 15 или 24 В, двухканальные преобразователи с номинальными значениями выходных напряжений ±5, ±9, ±12, ±15 или ±24 В. Также отметим высокую надёжность преобразователей серии JCH: MTBF составляет 600 000 часов, что для данного класса изделий считается довольно высоким значением. Нестабильность по току и напряжению составляет ±0,5%. На выходе одноканальных модулей допускается установка электролитических конденсаторов ёмкостью до 15000 мкФ. Преобразователи могут работать в режиме холостого хода. Для обеспечения уровня кондуктивных помех и помех излучения, соответствующего классу А, на входе рекомендуется устанавливать П-образный помехоподавляющий фильтр.

Преобразователи серии JCF, помимо очень привлекательной цены, обладают одними из самых маленьких габаритов (31,8×20,3×10 мм) среди DC/DC-преобразователей мощностью 10 Вт и высоким для данного класса изделий КПД (до 89%). В серии представлены одноканальные модели с диапазонами входных напряжений 18…36 или 36…75 В и выходными напряжениями 2,5, 3,3, 5, 12 В. Расположение выходных контактов является стандартным (DIP-24). Модули конструктивно совместимы с ранее выпускавшимися компанией XP Power модулями преобразователей серий WA-X и WT-X. Уровень пульсаций выходного напряжения составляет 75 мВ (от пика до пика). При скачкообразном изменении тока нагрузки на 25% возможна динамическая нестабильность в пределах ±5% в течение не более 500 мкс.

Серия JCP – 40-ваттные многоканальные DC/DC-преобразователи с высоким КПД

Преобразователи серии JCP с выходной мощностью 40 Вт имеют стандартные для промышленных DC/DC-преобразователей данного класса габаритные размеры 50,8×50,8×10 мм (рис. 5). 

В данной серии представлены модели с диапазонами входных напряжений 9…18, 18…36 или 36…75 В и большое многообразие моделей с различными номиналами выходных напряжений, причём предлагаются одноканальные, двухканальные и трёхканальные варианты исполнения.

Эти преобразователи отличаются высоким КПД (до 92%) и высоким для источников такой мощности значением MTBF (600 000 часов).

Помимо сервисных функций, общих для всех преобразователей семейства J, преобразователи серии JCP имеют следующие сервисные функции, существенно расширяющие возможности применения данной серии:

• защита от пониженного входного напряжения (данная функция обеспечивает корректную работу преобразователя в случае его питания от аккумуляторной батареи);

• регулировка выходного напряжения потенциометром (наряду с многообразием моделей с различными номиналами выходного напряжения позволяет подобрать и отрегулировать модель, наиболее точно подходящую по выходному напряжению для конкретного применения);

• защита от перегрева (отключение модуля при достижении температуры корпуса +110°С повышает «живучесть» данных преобразователей в условиях повышенных температур);

• внешняя обратная связь у одноканальных моделей (компенсирует до 10% падения напряжения от номинального значения на соединительных проводах между выходом преобразователя и нагрузкой).

Модули серии JCP устойчивы к вибрационным (амплитуда ускорения 3g, диапазон частот 5-500 Гц) и ударным (ускорение 30g, полусинусоида, длительность 18 мс) воздействиям, что позволяет применять их в устройствах с повышенными требованиями к вибростойкости и прочности, например на железных дорогах, в автомобильном транспорте.

DC/DC-преобразователи серии I с выходными мощностями 1, 2 и 3 Вт

Помимо начала поставок DC/DC-преобразователей нового семейства J компания XP Power существенно расширила номенклатуру своих DC/DC-преобразователей семейства I. Изделия семейства I – это маломощные DC/DC-преобразователи, выполненные в стандартных промышленных корпусах SIP (Single Inline Package – расположение контактов в один ряд, количество выводов 7 или 8) и DIP (Dual Inline Package – расположение контактов в два ряда, количество выводов 14, 16 или 24). На рис. 6 показан внешний вид преобразователей серии IW этого семейства.

Расширение номенклатуры семейства I позволило предложить потребителю преобразователи традиционных для данного семейства номиналов мощности с улучшенными показателями стабильности выходного напряжения (нестабильность по току и по напряжению составляет менее ±0,5%) и с увеличенным диапазоном входных напряжений (2:1 по отношению к номинальному входному напряжению). Преобразователи семейства I имеют стандартные номинальные значения входных напряжений 5, 12, 24 или 48 В. Предлагаются одноканальные модели с большим количеством вариантов исполнения относительно номинала выходного питающего напряжения: 3,3, 5, 9, 12, 15, 24 В. В некоторых сериях семейства I (например в сериях IE, IH, IF, IN, IL, IU, IS) есть модели с прочностью гальванической изоляции между первичной и вторичной цепями 3000 В постоянного тока, а в серии IN – модели с прочностью гальванической изоляции 4 кВ (суффикс -H4 в кодировке модели) и 5,2 кВ (суффикс -H5 в кодировке модели). Возможна поставка моделей из серий IW и IU с функцией дистанционного включения/выключения. Все модели семейства I обладают защитой от короткого замыкания.

В табл. 2 представлены основные характеристики преобразователей семейства I.

Заключение

В настоящее время можно с уверенностью констатировать, что с началом производства DC/DC-преобразователей семейства J компания XP Power способна предложить конкурентоспособную продукцию во всём сегменте рынка вторичных источников питания. Среди новинок есть модели DC/DC-преобразователей с выходными мощностями от 1 до 600 Вт, а также одно-, двух-, трёх- и четырёхканальные модели с диапазонами входных напряжений 2:1 и 4:1, с диапазонами рабочих температур от –40 до +100°C, а в специальном исполнении от –55 до +100°С. Потребителям предлагается широкий ряд изделий, предоставляющий возможности для оптимизации выбора источников вторичного электропитания как с технической точки зрения, так и по соотношению «цена/качество» в условиях конкретного применения. При этом решены две главные задачи, традиционно стоящие перед разработчиками новых источников питания, — уменьшить габаритные размеры и снизить стоимость. Так, все DC/DC-преобразователи, представленные в данной статье, как минимум, не дороже аналогичных изделий других известных производителей.

Новые преобразователи компании XP Power, устанавливаемые на печатные платы различных устройств, успешно применяются в их составе в системах промышленной автоматики, а также в связном и телекоммуникационном оборудовании. Кроме того, соответствие многих моделей семейства J с подключённым внешним входным фильтром классу B по стандарту EN 55022 позволяет использовать эти преобразователи в устройствах, предназначенных для бытового и офисного применения.

Также необходимо отметить, что компания XP Power объявила о том, что срок действия гарантии увеличен до трёх лет. Гарантийные обязательства распространяются на всю продукцию, поставляемую под брендом XP Power, и выполняются при соблюдении порядка и условий эксплуатации, определённых соответствующей технической документацией. Гарантийный период начинается с момента отгрузки продукции компанией XP Power заказчику.

Трёхлетний гарантийный срок демонстрирует уверенность компании XP Power в высокой надёжности своей продукции. ●

Автор — сотрудник фирмы ПРОСОФТ
Телефон: (495) 234-0636
E-mail: info@prosoft.ru