Qué saber antes de usar un convertidor DC/DC tipo brick

Zachariah Peterson
|  Creado: Deciembre 28, 2023  |  Actualizado: Marzo 16, 2024
Convertidor DC DC tipo ladrillo

Echa un vistazo a algunos de los proyectos en este blog, y encontrarás bastantes ejemplos de reguladores de potencia. Por ejemplo, he mostrado un módulo compacto de convertidor flyback, mientras que Hesam Moshiri ha mostrado un convertidor DC/DC de medio puente ajustable más grande. Siempre que puedas obtener un componente en formato de módulo, generalmente hace tu trabajo de diseño más fácil. ¿Es ese siempre el caso con los módulos de potencia listos para usar? Una opción modular para un regulador de potencia es un convertidor DC/DC en formato de ladrillo. El llamado formato de ladrillo es un factor de forma estandarizado utilizado para módulos reguladores de potencia aislados y no aislados que pueden ser incorporados en un diseño de PCB. Si quieres usar un convertidor DC/DC en formato de ladrillo, no siempre es tan fácil como simplemente comprar uno listo para usar y colocarlo en tu PCB. Hay otros puntos a considerar que pueden justificar el uso de un enfoque diferente, o diseñar un circuito de potencia totalmente personalizado.

Todo Sobre los Convertidores DC/DC en Formato de Ladrillo

Los módulos convertidores DC/DC en formato de ladrillo vienen en huellas estandarizadas como se detalla en la siguiente tabla. El área 2D ocupada por el módulo se detalla en cada entrada de la tabla. Debido a que estos módulos tienen factores de forma estandarizados y pueden ofrecer niveles de salida de alta potencia, pueden ser una opción atractiva para una fuente de alimentación, especialmente cuando la fuente necesita salir a voltajes estándar.

Ladrillo completo

  • 116.8 mm por 61 mm

Medio ladrillo

  • 58.4 mm por 61 mm

Cuarto de ladrillo

  • 58.4 mm por 30.5 mm

Octavo de ladrillo

  • 29.2 mm por 30.5 mm

Las fuentes de alimentación en formato de ladrillo tienen otras características comunes:

  • Los módulos DC/DC podrían estar completamente encapsulados
  • Estos módulos pueden tener agujeros para tornillos para disipadores de calor
  • La disposición de los pines podría ser común entre diferentes números de parte
  • Los convertidores DC/DC en formato de ladrillo se dirigen a voltajes de salida estandarizados específicos
  • Estos módulos están diseñados para colocarse directamente sobre el PCB
  • Los módulos se montan utilizando pines pasantes
  • Los módulos pueden variar en altura pero típicamente tienen 13 mm de alto

En este punto, las similitudes aproximadamente terminan. Los factores que distinguen a las fuentes de convertidores DC/DC en formato de ladrillo incluyen nivel de salida de potencia, generación de calor, requerimiento de componentes adicionales, costos y disponibilidad. Vamos a explorar algunos de estos puntos ya que son bastante importantes.

Requisitos de Filtrado

TRANSLATE:

La idea de que puedes usar un convertidor DC/DC tipo brick directamente del estante no es completamente cierta. Estos módulos pueden requerir filtrado y capacitancia de entrada/salida. Por ejemplo, algunos componentes podrían necesitar un filtro EMI de entrada para eliminar el EMI conducido que entra en el módulo. La capacitancia de entrada y salida también es un requisito típico, y los convertidores de alta potencia podrían requerir una gran cantidad de capacitancia.

El ejemplo a continuación muestra un convertidor de cuarto de brick aislado con un amplio rango de voltaje de entrada apuntando a una salida de 150 W. El circuito mostrado alrededor de este convertidor de cuarto de brick proporciona filtrado EMI y estabilidad, y aumenta considerablemente la huella total del dispositivo.

Convertidor DC/DC de cuarto de brick de Murata

Convertidor DC/DC de cuarto de brick de Murata (número de parte: IRQ-54/2.8-W80)

La BOM para este circuito se muestra aquí:

Parte

Descripción

Fabricante

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 baja ESR

United Chemicon

EKXJ251EXX271ML40S

C7, C8, C17, C18

No utilizado

N/A

N/A

Uno de los capacitores que se recomienda (PN: EKXJ251EXX271ML40S) es un capacitor muy grande con una alta calificación de voltaje. Este número de parte en particular tiene más de 35 mm de largo, y solo ocupa el mismo área que aproximadamente el 40% del área del módulo.

Módulo convertidor DC/DC de cuarto de ladrillo de Murata mostrado arriba

El módulo convertidor DC/DC de cuarto de ladrillo de Murata mostrado arriba requiere capacitores grandes para funcionar correctamente.

Otras fuentes de alimentación en formato de ladrillo tendrán requisitos similares. Puede que no sean tan drásticos en términos de la huella total del dispositivo como el mostrado aquí, pero esto podría ser un aumento serio en la huella total del circuito.

Costo y Disponibilidad

Como con cualquier componente, es bueno poder adquirirlo para una corrida de prototipos. Pero si no puedes comprar la parte a escala, o el precio de compra a escala es demasiado caro, entonces te has puesto en una seria desventaja en términos de competitividad.

Si vas a Octopart y comienzas a buscar módulos convertidores DC DC, puedes empezar a tener una idea de los precios de estos componentes. Como se puede ver en los resultados de búsqueda a continuación, estos son productos premium y tienen un precio premium. Estos productos tampoco siempre están disponibles a escala y podrían tener tiempos de espera de fabricación significativos.

Resultados de búsqueda de módulos convertidores DC DC en Octopart

Ahora toma el volumen para una construcción típica y usa los precios mostrados arriba para calcular el costo de los componentes solo para los módulos. Los costos de tus módulos serán el ítem más grande en tu BOM. ¿Cómo se compara esto con el costo y esfuerzo para diseñar un convertidor DC/DC personalizado? Eso es para que tú decidas y es una de las comparaciones de costo versus riesgo importantes que se deben hacer al diseñar un producto.

Gestión Térmica

Con el componente mencionado siendo tan pequeño, la densidad de potencia puede ser bastante alta, lo que podría demandar una estrategia térmica. Al usar ambos tipos de componentes, no he visto una diferencia entre las demandas térmicas para los convertidores DC/DC versus otros circuitos de potencia. Si estás operando a una alta densidad de potencia, ambos van a necesitar una estrategia térmica, de lo contrario tu enclosure podría convertirse en un horno.

Lo Más Importante: Los Convertidores DC/DC Son de Bajo Riesgo

A pesar de las desventajas que mencioné anteriormente, los convertidores DC/DC siguen siendo excelentes opciones para construcciones de bajo volumen donde necesitas reducir significativamente el riesgo para tu producto. La reducción de riesgo es el mayor beneficio que obtienes al optar por un convertidor DC/DC tipo brick, porque no tienes que diseñar y calificar una fuente de alimentación personalizada. Aunque no tienes certificación modular para los módulos convertidores DC/DC, puedes esperar conformidad con otros estándares de seguridad o rendimiento de la industria en ciertos módulos convertidores DC/DC tipo brick.

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Sobre el autor / Sobre la autora

Sobre el autor / Sobre la autora

Zachariah Peterson tiene una amplia experiencia técnica en el mundo académico y la industria. Actualmente brinda servicios de investigación, diseño y marketing a empresas de la industria electrónica. Antes de trabajar en la industria de PCB, enseñó en la Universidad Estatal de Portland y realizó investigaciones sobre la teoría, los materiales y la estabilidad del láser aleatorio. Su experiencia en investigación científica abarca temas de láseres de nanopartículas, dispositivos semiconductores electrónicos y optoelectrónicos, sensores ambientales y estocástica. Su trabajo ha sido publicado en más de una docena de revistas revisadas por pares y actas de congresos, y ha escrito más de 1000 blogs técnicos sobre diseño de PCB para varias empresas. Es miembro de IEEE Photonics Society, IEEE Electronics Packaging Society, American Physical Society y Printed Circuit Engineering Association (PCEA), y anteriormente se desempeñó en el Comité Asesor Técnico de Computación Cuántica de INCITS.

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