Brick DC/DCコンバータを使用する前に知っておくべきこと

Zachariah Peterson
|  投稿日 十二月 28, 2023  |  更新日 三月 16, 2024
ブリックDC DCコンバータ

このブログのプロジェクトを見てみると、電力レギュレータの例がいくつか見つかります。たとえば、私はコンパクトなフライバックコンバータモジュールを紹介しましたが、Hesam Moshiriはより大きなハーフブリッジDC/DCコンバータを紹介しています。コンポーネントをモジュール形式で入手できる場合、通常、設計作業が容易になります。しかし、市販の電源モジュールを使用する場合は常にそうでしょうか? 電力レギュレータのモジュラーオプションの一つに、ブリック形式のDC/DCコンバータがあります。いわゆるブリック形式は、絶縁および非絶縁の電力レギュレータモジュール用に使用される標準化されたフォームファクターで、PCBレイアウトにドロップインできます。ブリック形式のDC/DCコンバータを使用したい場合、単に市販品を購入してPCBに取り付けるだけというわけにはいかないことがあります。完全にカスタムの電力回路を設計するか、異なるアプローチを使用することを正当化するかもしれない他の点について考える必要があります。

ブリックDC/DCコンバータについて

ブリック形式のDC/DCコンバータモジュールは、以下の表に詳細に記載されている標準化されたフットプリントで提供されます。各表エントリには、モジュールが占める2Dエリアが詳述されています。これらのモジュールは標準化されたフォームファクターを持ち、高い出力レベルを提供できるため、特に標準電圧で出力する必要がある場合には、電源として魅力的なオプションになり得ます。

フルブリック

  • 116.8 mm x 61 mm

ハーフブリック

  • 58.4 mm x 61 mm

クォーターブリック

  • 58.4 mm x 30.5 mm

エイスブリック

  • 29.2 mm x 30.5 mm

ブリック電源には他にも共通の特徴があります:

  • DC/DCモジュールは完全に封入されている可能性があります
  • これらのモジュールにはヒートシンク用のネジ穴がある場合があります
  • ピン配置は異なる部品番号間で共通である可能性があります
  • ブリックDC/DCコンバータは特定の標準化された出力電圧を対象としています
  • これらのモジュールはPCB上に直接設置されるように設計されています
  • モジュールはスルーホールピンを使用して取り付けられます
  • モジュールは高さが異なる場合がありますが、通常は13 mmです

この時点で、類似点はおおよそ終わります。ブリックDC/DCコンバータの供給を区別する要因には、出力レベル、発熱、追加コンポーネントの要件、コスト、および入手可能性が含まれます。これらの点は非常に重要なので、いくつか探ってみましょう。

フィルタリング要件

棚から直接DC/DCコンバーターを使えるという考えは完全には正しくありません。これらのモジュールはフィルタリングや入出力のキャパシタンスが必要になる場合があります。例えば、一部のコンポーネントはモジュールに入ってくる伝導EMIを排除するために入力EMIフィルタが必要になることがあります。入出力のキャパシタンスも一般的な要件であり、高出力のコンバーターでは大量のキャパシタンスが必要になることがあります。

以下の例は、150Wの出力を目指した広い入力電圧範囲を持つ分離型クォーターブリックコンバーターを示しています。このクォーターブリックコンバーターの周りに示された回路はEMIフィルタリングと安定性を提供し、デバイスの全体的なフットプリントを大幅に増加させます。

ムラタのクォーターブリックDC/DCコンバーター

MurataクォーターブリックDC/DCコンバーター(品番:IRQ-54/2.8-W80

この回路のBOMはこちらに示されています:

部品

説明

メーカー

MPN

MOV

バリスタ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 低ESR

United Chemicon

EKXJ251EXX271ML40S

C7, C8, C17, C18

未使用

N/A

N/A

推奨されているコンデンサの一つ(品番:EKXJ251EXX271ML40S)は、非常に大きく高電圧定格のコンデンサです。この特定の品番は35mm以上の長さがあり、モジュール領域の約40%と同じ面積を占めます。

ムラタのクォーターブリックDC/DCコンバーターモジュール

上に示されたムラタのクォーターブリックDC/DCコンバーターモジュールは、正しく機能するために大きなコンデンサを必要とします。

他のブリック形式の電源も同様の要件を持っています。ここに示されているものほどのデバイスのフットプリントの合計に関しては極端ではないかもしれませんが、回路の総フットプリントの大幅な増加になる可能性があります。

コストと入手可能性

どのコンポーネントでも、プロトタイプランのために調達できるのは良いことです。しかし、大量購入できない、または大量購入価格が高すぎる場合、競争力の面で深刻な不利になります。

OctopartにアクセスしてDC DCコンバーターモジュールを検索し始めると、これらのコンポーネントの価格のアイデアを得ることができます。下の検索結果からわかるように、これらはプレミアム製品であり、プレミアム価格が設定されています。これらの製品は常に大量に入手可能というわけではなく、かなりの製造リードタイムがかかる可能性があります。

DC/DCコンバーターモジュールの価格検索結果

典型的なビルドのボリュームを取り、上記で示された価格を使用して、モジュールのコンポーネントのコストを算出します。モジュールのコストはBOMの中で最大の項目になるでしょう。カスタムDC/DCコンバーターを設計するコストと労力と比較してどうでしょうか?それはあなたが決定することであり、製品設計時に行われる重要なコスト対リスクの比較の一つです。

熱管理

上記のコンポーネントが非常に小さいため、電力密度が非常に高くなる可能性があり、熱戦略が必要になるかもしれません。両方のタイプのコンポーネントを使用しているとき、DC/DCコンバーターと他の電力回路の熱要求の間に違いが見られなかったことがあります。高電力密度で動作している場合、どちらも熱戦略が必要になります。さもなければ、エンクロージャーがオーブンになるかもしれません。

最も重要なこと:DC/DCコンバーターは低リスクです

上記で述べたデメリットがあるにも関わらず、製品のリスクを大幅に減らす必要がある低ボリュームのビルドには、DC/DCコンバーターが依然として優れた選択肢です。カスタム電源を設計および資格認定する必要がないため、ブリックDC/DCコンバーターを使用することで得られる最大の利点はリスク軽減です。DC/DCコンバーターモジュールにはモジュラー認証がありませんが、特定のブリックDC/DCコンバーターモジュールでは、他の業界の安全性または性能基準への適合が期待できます。

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筆者について

筆者について

Zachariah Petersonは、学界と産業界に広範な技術的経歴を持っています。PCB業界で働く前は、ポートランド州立大学で教鞭をとっていました。化学吸着ガスセンサーの研究で物理学修士号、ランダムレーザー理論と安定性に関する研究で応用物理学博士号を取得しました。科学研究の経歴は、ナノ粒子レーザー、電子および光電子半導体デバイス、環境システム、財務分析など多岐に渡っています。彼の研究成果は、いくつかの論文審査のある専門誌や会議議事録に掲載されています。また、さまざまな企業を対象に、PCB設計に関する技術系ブログ記事を何百も書いています。Zachariahは、PCB業界の他の企業と協力し、設計、および研究サービスを提供しています。IEEE Photonics Society、およびアメリカ物理学会の会員でもあります。

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