Введение
Функционально-модульное проектирование систем электропитания позволяет снизить затраты на проектирование и повысить надёжность и качество электрического питания. Широкое внедрение модульных принципов построения радиоэлектронных средств коммерческого, общепромышленного и специального назначения является основой создания современных источников вторичного электропитания в виде стандартных электронных модулей, надёжно работающих в условиях воздействия импульсных помех и перенапряжений.
Для подавления помех во входных и выходных цепях импульсных источников питания используются встроенные помехоподавляющие фильтры. Но для различной радиоэлектронной аппаратуры нормируются разные допустимые уровни помех, поэтому экономически нецелесообразно встраивать в источники питания фильтры, подавляющие помехи до самого низкого уровня. Если же эффективности встроенного фильтра недостаточно, можно использовать внешние фильтры.
Многие ведущие зарубежные и российские компании, выпускающие универсальные модули питания, разрабатывают и помехоподавляющие фильтры, которые предназначены для совместного использования. Компания XP Power выпускает модули фильтров для широкого диапазона токов, удовлетворяющие высоким требованиям стандартов подавления радиопомех. Некоторые модули фильтров снабжены варисторами для ограничения выбросов напряжения. Модули фильтров и ограничители импульсных напряжений XP Power предназначены для применения с DC/DC-преобразователями серии MTC, которые соответствуют требованиям военных стандартов по стойкости к внешним воздействующим факторам и помехоустойчивости, а также для использования с преобразователями промышленного класса.
Модуль помехоподавляющего фильтра и защиты от импульсных помех MTF50
Помехоподавляющий фильтр MTF50 разработан для систем электропитания авиационной аппаратуры и наземной аппаратуры специальной техники. Это изделие характеризуется широкими функциональными возможностями и обеспечивает экономический эффект от применения компонентов, доступных на коммерческом рынке (Commercial Off-The-Shelf, COTS). Модуль MTF50 предназначен для ослабления кондуктивных помех, создаваемых в цепях питания и коммутации постоянного тока радиоэлектронной аппаратуры DC/DC-преобразователями серии MTC, и для защиты от воздействия кондуктивных помех, определённых стандартом MIL-STD-461E, а также выбросов напряжения и импульсных помех, заданных стандартами MIL-STD-1275A-D и MIL-STD-704A-F. Структурная схема модуля MTF50 показана на рисунке 1.
Модуль MTF50 имеет четыре встроенных конденсатора типа Y, подключённых к выводу 3 (см. рис. 2).
В зависимости от назначения и конфигурации системы, этот вывод может быть соединён с корпусом (Case), выводом –Vin, либо оставлен не подключённым. Типовая схема применения модуля MTF50 приведена на рисунке 3.
Внешний вид модуля MTF50 показан на рисунке 4.
Функциональные узлы и элементы модуля размещены в металлическом корпусе с размерами 40,0 × 26,0 × 12,7 мм. Корпус обеспечивает защиту функциональных узлов и элементов модуля от механических повреждений, а также эффективный отвод тепла во внешнюю среду. Корпус модуля герметизирован компаундом, что гарантирует целостность изделия и успешное прохождение испытаний на стойкость к воздействию соляного (морского) тумана [1], а также других видов климатических факторов. Кроме того, компаунд имеет хорошую теплопроводность.
Показатели стойкости модуля MTF50 к внешним воздействующим факторам и его технические характеристики приведены в таблицах 1 и 2, соответственно. Значения среднего времени наработки на отказ (MTBF), вычисленные для различных условий эксплуатации по стандарту MIL-HDBK-217F, приведены в таблице 3.
Схема соединения модуля MTF50 с DC/DC-преобразователями серии MTC показана на рисунке 5.
На рисунке 6 приведены спектрограммы помех для модуля DC/DC-преобразователя MTC1528S12 с применением модуля фильтрации MTF50 (б) и без него (а).
Видно, что в последнем случае не обеспечивается уровень подавления помех, требуемый стандартом (красная линия).
В статье [2] рассмотрены особенности применения модуля MTF50 совместно с модулем поддержания напряжения MTH100 и DC/DC-преобразователями серии MTC в авиационном и специальном наземном оборудовании с целью сохранения работоспособности электронной системы при кратковременном снижении напряжения входной шины.
Модуль активной защиты от перенапряжений и фильтрации DSF226
Модуль фильтрации и активной защиты от перенапряжений DSF226 обеспечивает защиту DC/DC-преобразователей в соответствии с требованиями военного стандарта DEF-STAN-61-5 в сети постоянного напряжения 28 В. Он герметизирован в металлическом корпусе и способен обеспечить на выходе мощность до 200 Вт. По стойкости к воздействиям импульсов напряжений DSF226 соответствует требованиям военного стандарта DEF-STAN-61-5 part 6 (issue 6) (Великобритания), а также MIL-STD1275A-D, DEF-STAN-59-411 и MIL-STD-461C, регламентирующих уровни излучаемых помех и показатели стойкости к воздействию импульсных помех для аппаратуры транспортных средств и авионики.
Модуль DSF226 обеспечивает активное подавление перенапряжений при полной мощности 200 Вт в диапазоне рабочих напряжений от 15 до 33 В, включая кратковременные (1 с) понижения напряжения до 10 В. Выходной канал отслеживает входное напряжение и фиксирует его на уровне 36 В. Модуль DSF226 способен функционировать в диапазоне температур –40…+100°C на основании корпуса. Выходной сигнал превышения температуры корпуса может использоваться для мониторинга или отключения выхода фильтра.
Модуль DSF226 предназначен для совместного применения с DC/DC-преобразователями серий MTC, QSB и ICH, а также может быть объединён с преобразователями серий J (диапазон входного напряжения 4:1) для обеспечения разнообразных выходных каналов. Габаритные размеры модуля 56,1 × 36,8 × 12,9 мм, вес 75 г. Внешний вид модуля DSF226 показан на рисунке 7.
Типовые схемы включения модуля DSF226 приведены на рисунках 8 и 9.
Модуль фильтрации и защиты от выбросов напряжения DSF100
Модуль активной защиты от электромагнитных помех и кратковременных выбросов напряжения DSF100 разработан для применения на входах DC/DC-преобразователей. Он может применяться с COTS-преобразователями серии MTC или DC/DC-преобразователями промышленного класса компании XP Power. Применение модуля DSF100 позволяет создать систему питания, которая соответствует требованиям стандартов MIL-STD-1275A-D (регламентирует помехоустойчивость аппаратуры специального наземного транспорта) и MIL-STD-461F. Модуль снабжён защитой от длительного обратного напряжения, входом дистанционного включения/выключения и защитой от перегрева. Максимальное значение тока, протекающего через модуль, составляет 3,7 A, максимальная мощность – до 100 Вт. Типичное значение КПД равно 98%. Диапазон рабочих температур –40…+100°C на основании корпуса. Габаритные размеры модуля 4,9 × 31,9 × 13,2 мм, вес 50 г. На рисунке 10 показан внешний вид модуля DSF100.
Для повышения эффективности работы модуля в схеме защиты от обратной полярности входного напряжения, вместо традиционных последовательно включённых диодов используется МОП-транзистор (см. рис. 11).
Модуль также защищён от выбросов напряжения с помощью варистора (M1).
На рисунке 12 приведена схема включения модуля DSF100 с целью подавления кондуктивных помех, генерируемых 30-Вт DC/DC-преобразователем MTC3028S15, до уровней, регламентируемых стандартом MIL-STD-461E (нормированная кривая CE102).
Спектрограмма помех для этой схемы включения приведена на рисунке 13.
Модуль защиты от импульсных перенапряжений DSF500
Модуль защиты от перенапряжений микросекундной длительности DSF500 предназначен для применения с DC/DC-преобразователями промышленного класса и обеспечивает соответствие требованиям стандартов MIL-STD-461F, DEF-STAN 59-411, MIL-STD 1275A-D и DEF-STAN 61-6 Part 6 по устойчивости к кондуктивным импульсным помехам большой энергии. Для обеспечения требований электромагнитной совместимости рекомендуется совместное применение DSF500 с модулем фильтрации FSO461. Это обеспечивает соответствие стандарту MIL-STD-461F по уровню кондуктивных помех и помехоустойчивости.
В таблице 4 приведены сведения об электромагнитной совместимости и помехоустойчивости модуля DSF500.
На рисунке 14 показан внешний вид модуля DSF500 и фильтра FSO461. На рисунке 15 приведена схема включения модуля DSF500 совместно с DC/DC-преобразователем серии ICH (XP Power).
Здесь для ограничения кондуктивных помех по норме CE102 на входе используется двухзвенный LC-фильтр, который подавляет симметричные и несимметричные помехи. Схема соединений модулей DSF500 и FSO461 с преобразователем напряжения приведена на рисунке 16.
Измеренные напряжения помех на входе схемы с модулем DSF500 и дополнительным фильтром иллюстрирует график на рисунке 17 (нормированное значение CE102 по MIL-STD461E).
Заключение
Для обеспечения жёстких требований стандартов подавления радиопомех большинство DC/DC-преобразователей следует использовать с внешними модулями фильтров. Применение компактных фильтров с высоким коэффициентом подавления позволяет оптимизировать габаритные размеры распределённых систем электропитания, поэтому спрос на такие фильтры с каждым годом увеличивается. Производители модулей фильтрации и защиты от импульсных помех постоянно совершенствуют конструкцию модулей, внедряя современные магнитные материалы и конденсаторы.
Литература
- Test Report 006462_01_H. KRIWAN Testzentrum GmbH & Co. KG MTC DC-DC Converter and DSF-Filter. December. 26. 2006.
- Жданкин В.К. Модуль поддержания напряжения уменьшает ёмкость буферного конденсатора на 80%. Силовая электроника. № 1. 2011.
- Жданкин В.К. DC/DC-преобразователи для военных систем: гибридная технология или технология поверхностного монтажа на печатную плату? Современная электроника. № 4. 2008.
© СТА-ПРЕСС
Если вам понравился материал, кликните значок — вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал —не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
