Was man wissen sollte, bevor man einen Brick DC/DC-Wandler verwendet

Zachariah Peterson
|  Erstellt: Dezember 28, 2023  |  Aktualisiert am: März 16, 2024
Brick DC-DC-Wandler

Werfen Sie einen Blick auf einige der Projekte in diesem Blog, und Sie werden einige Beispiele für Spannungsregler finden. Zum Beispiel habe ich ein kompaktes Flyback-Wandlermodul gezeigt, während Hesam Moshiri einen größeren halben Brücken DC/DC-Wandler vorgestellt hat. Wenn Sie eine Komponente im Modulformat erhalten können, macht das Ihren Entwurfsjob normalerweise einfacher. Ist das immer der Fall bei fertigen Strommodulen? Eine modulare Option für einen Spannungsregler ist ein DC/DC-Wandler im Brick-Format. Das sogenannte Brick-Format ist ein standardisierter Formfaktor, der für isolierte und nicht isolierte Spannungsreglermodule verwendet wird, die in ein PCB-Layout eingefügt werden können. Wenn Sie einen DC/DC-Wandler im Brick-Format verwenden möchten, ist es nicht immer so einfach, wie einfach eines von der Stange zu kaufen und auf Ihre PCB zu kleben. Es gibt andere Punkte, über die man nachdenken sollte, die möglicherweise eine andere Vorgehensweise rechtfertigen oder das Entwerfen eines völlig benutzerdefinierten Stromkreises.

Alles über Brick DC/DC-Wandler

Brick-Format DC/DC-Wandlermodule kommen in standardisierten Footprints, wie in der folgenden Tabelle detailliert. Die 2D-Fläche, die vom Modul belegt wird, ist in jedem Tabelleneintrag detailliert. Da diese Module standardisierte Formfaktoren haben und hohe Leistungsausgangsniveaus bieten können, können sie eine attraktive Option für eine Stromversorgung sein, insbesondere wenn die Versorgung mit Standardspannungen ausgeben muss.

Vollbrick

  • 116,8 mm mal 61 mm

Halbbrick

  • 58,4 mm mal 61 mm

Viertelbrick

  • 58,4 mm mal 30,5 mm

Achtelbrick

  • 29,2 mm mal 30,5 mm

Brick-Stromversorgungen haben eine Reihe anderer gemeinsamer Merkmale:

  • DC/DC-Module könnten vollständig gekapselt sein
  • Diese Module können Schraubenlöcher für Kühlkörper haben
  • Der Pinout könnte bei verschiedenen Teilenummern üblich sein
  • Brick DC/DC-Wandler zielen auf spezifische standardisierte Ausgangsspannungen ab
  • Diese Module sind dafür ausgelegt, direkt auf der PCB zu sitzen
  • Die Module werden mit Durchsteckpins montiert
  • Module können in der Höhe variieren, sind aber typischerweise 13 mm hoch

An diesem Punkt enden die Ähnlichkeiten ungefähr. Die Faktoren, die Brick DC/DC-Wandler unterscheiden, umfassen Leistungsausgangsniveau, Wärmeerzeugung, Anforderung an zusätzliche Komponenten, Kosten und Verfügbarkeit. Lassen Sie uns einige dieser Punkte erkunden, da diese ziemlich wichtig sind.

Filteranforderungen

Die Idee, dass man einfach einen DC/DC-Wandler direkt aus dem Regal verwenden kann, ist nicht ganz richtig. Diese Module können eine Filterung und Eingangs-/Ausgangskapazität erfordern. Zum Beispiel könnten einige Komponenten einen Eingangs-EMI-Filter benötigen, um geleitete EMI, die in das Modul gelangt, zu eliminieren. Eingangs- und Ausgangskapazität ist ebenfalls eine typische Anforderung, und Hochleistungswandler könnten eine große Menge an Kapazität benötigen.

Das untenstehende Beispiel zeigt einen isolierten Quarter-Brick-Wandler mit einem weiten Eingangsspannungsbereich, der auf 150 W Ausgangsleistung abzielt. Die um diesen Quarter-Brick-Wandler gezeigte Schaltung bietet EMI-Filterung und Stabilität und erhöht somit erheblich den Gesamtfußabdruck des Geräts.

Murata Quarter-Brick DC/DC-Wandler

Murata Quarter-Brick DC/DC-Wandler (Teilenummer: IRQ-54/2.8-W80)

Die Stückliste für diese Schaltung ist hier dargestellt:

Teil

Beschreibung

Hersteller

MPN

MOV

Varistor 180V

Epcos

B72214S0141K101

C1

4.7uF 250V

Faratronic

C212E475K9AC000

C2, C3, C4

0.47uF 250V

Murata

GRM43DR72E474KW01L

C5, C6

1000pF 300VAC

Murata

DE1E3RA102MA4BQ01F

C11, C12

2200pF

Murata

DE2E3KY222MA3BM02F

C13, C14

1000pF

Murata

DE1E3KX102MB4BP01F

C15, C16

4700pF 250V

Murata

DE1E3RA472MA4BQ01F

L1

2x1.3mH CMC

Wurth

7448262013

L2

10uH

Bourns

2101-V-RC

C9, C10

270uF 250V niedriger ESR

United Chemicon

EKXJ251EXX271ML40S

C7, C8, C17, C18

Nicht verwendet

N/A

N/A

Einer der empfohlenen Kondensatoren (PN: EKXJ251EXX271ML40S) ist ein sehr großer Kondensator mit hoher Spannungsfestigkeit. Diese spezielle Teilenummer ist über 35 mm lang und nimmt allein etwa 40% der Modulfläche ein.

Das oben gezeigte Murata Quarter-Brick DC/DC-Wandlermodul benötigt große Kondensatoren, um korrekt zu funktionieren.

Das oben gezeigte Murata Quarter-Brick DC/DC-Wandlermodul benötigt große Kondensatoren, um korrekt zu funktionieren.

Andere Stromversorgungen im Brick-Format haben ähnliche Anforderungen. Sie sind vielleicht nicht so drastisch in Bezug auf den gesamten Geräte-Fußabdruck wie hier gezeigt, aber dies könnte eine ernsthafte Zunahme des gesamten Schaltungsfußabdrucks bedeuten.

Kosten und Verfügbarkeit

Wie bei allen Komponenten ist es schön, sie für einen Prototypenlauf beschaffen zu können. Aber wenn man das Teil nicht in großem Maßstab kaufen kann, oder der Kaufpreis im großen Maßstab zu teuer ist, dann hat man sich selbst einen ernsthaften Nachteil im Hinblick auf die Wettbewerbsfähigkeit eingehandelt.

Wenn Sie auf Octopart gehen und nach DC DC-Wandlermodulen suchen, können Sie eine Vorstellung von den Preisen für diese Komponenten bekommen. Wie aus den unten stehenden Suchergebnissen ersichtlich ist, handelt es sich um Premiumprodukte, die einen Premiumpreis haben. Diese Produkte sind auch nicht immer in großem Maßstab verfügbar und könnten erhebliche Herstellungszeiten haben.

Preisübersicht für DC/DC-Wandlermodule auf Octopart.

Nehmen Sie jetzt das Volumen für einen typischen Bau und verwenden Sie die oben gezeigten Preise, um die Komponenten nur für die Module zu kalkulieren. Ihre Modulkosten werden der größte Posten in Ihrem BOM sein. Wie vergleicht sich das mit den Kosten und dem Aufwand, einen benutzerdefinierten DC/DC-Wandler zu entwerfen? Das müssen Sie entscheiden, und es ist einer der wichtigen Kosten-gegen-Risiko-Vergleiche, die beim Entwerfen eines Produkts gemacht werden müssen.

Thermomanagement

Da die oben genannte Komponente so klein ist, kann die Leistungsdichte ziemlich hoch sein, was eine thermische Strategie erfordern könnte. Bei der Verwendung beider Arten von Komponenten habe ich keinen Unterschied zwischen den thermischen Anforderungen für DC/DC-Wandler im Vergleich zu anderen Stromkreisen gesehen. Wenn Sie mit hoher Leistungsdichte arbeiten, benötigen beide eine thermische Strategie, sonst könnte Ihr Gehäuse zu einem Ofen werden.

Am wichtigsten: DC/DC-Wandler sind risikoarm

Trotz der Nachteile, die ich oben erwähnt habe, sind DC/DC-Wandler immer noch großartige Optionen für Kleinserien, bei denen Sie das Risiko für Ihr Produkt erheblich reduzieren müssen. Risikominderung ist der größte Vorteil, den Sie durch die Wahl eines Brick DC/DC-Wandlers erhalten, da Sie kein benutzerdefiniertes Netzteil entwerfen und qualifizieren müssen. Obwohl Sie keine modulare Zertifizierung für DC/DC-Wandlermodule haben, können Sie bei bestimmten Brick DC/DC-Wandlermodulen mit der Konformität zu anderen branchenüblichen Sicherheits- oder Leistungsstandards rechnen.

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Über den Autor / über die Autorin

Über den Autor / über die Autorin

Zachariah Peterson verfügt über einen umfassenden technischen Hintergrund in Wissenschaft und Industrie. Vor seiner Tätigkeit in der Leiterplattenindustrie unterrichtete er an der Portland State University. Er leitete seinen Physik M.S. Forschung zu chemisorptiven Gassensoren und sein Ph.D. Forschung zu Theorie und Stabilität von Zufallslasern. Sein Hintergrund in der wissenschaftlichen Forschung umfasst Themen wie Nanopartikellaser, elektronische und optoelektronische Halbleiterbauelemente, Umweltsysteme und Finanzanalysen. Seine Arbeiten wurden in mehreren Fachzeitschriften und Konferenzberichten veröffentlicht und er hat Hunderte von technischen Blogs zum Thema PCB-Design für eine Reihe von Unternehmen verfasst. Zachariah arbeitet mit anderen Unternehmen der Leiterplattenindustrie zusammen und bietet Design- und Forschungsdienstleistungen an. Er ist Mitglied der IEEE Photonics Society und der American Physical Society.

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