Co warto wiedzieć przed użyciem przetwornicy DC/DC typu Brick

Spójrz na niektóre z projektów na tym blogu, a znajdziesz tam całkiem sporo przykładów regulatorów mocy. Na przykład, pokazałem kompaktowy moduł przetwornicy flyback, podczas gdy Hesam Moshiri zaprezentował większy półmostkowy przetwornik DC/DC. Kiedykolwiek możesz zdobyć komponent w formacie modułu, zazwyczaj ułatwia to twoją pracę projektową. Czy zawsze tak jest w przypadku gotowych modułów zasilających? Jedną z modułowych opcji dla regulatora mocy jest przetwornik DC/DC w formacie cegły. Tak zwany format cegły to ustandaryzowany format modułów regulatorów mocy izolowanych i nieizolowanych, które można wmontować w układ płytki drukowanej. Jeśli chcesz użyć przetwornika DC/DC w formacie cegły, nie zawsze jest to takie proste, jak po prostu kupienie go z półki i umieszczenie na PCB. Istnieją inne punkty, o których warto pomyśleć, które mogą uzasadniać użycie innego podejścia lub zaprojektowanie całkowicie niestandardowego obwodu zasilania.

Wszystko o przetwornikach DC/DC w formacie cegły

Moduły przetworników DC/DC w formacie cegły występują w ustandaryzowanych rozmiarach, jak szczegółowo opisano w poniższej tabeli. Powierzchnia 2D zajmowana przez moduł jest szczegółowo opisana w każdym wpisie tabeli. Ponieważ te moduły mają ustandaryzowane formaty i mogą oferować wysokie poziomy mocy wyjściowej, mogą być atrakcyjną opcją dla zasilacza, zwłaszcza gdy zasilacz musi dostarczać standardowe napięcia.

Zasilacze w formacie cegły mają także inne wspólne cechy:

• Moduły DC/DC mogą być w pełni hermetyzowane
• Te moduły mogą mieć otwory na śruby do montażu radiatorów
• Rozkład pinów może być wspólny dla różnych numerów części
• Przetworniki DC/DC w formacie cegły są przeznaczone do konkretnych standardowych napięć wyjściowych
• Te moduły są zaprojektowane do bezpośredniego montażu na PCB
• Moduły są montowane przy użyciu pinów przelotowych
• Moduły mogą różnić się wysokością, ale zazwyczaj mają 13 mm wysokości

Na tym etapie podobieństwa mniej więcej się kończą. Czynniki, które odróżniają przetworniki DC/DC w formacie cegły, obejmują poziom mocy wyjściowej, generowanie ciepła, wymagania dotyczące dodatkowych komponentów, koszty i dostępność. Przyjrzyjmy się niektórym z tych punktów, ponieważ są one bardzo ważne.

Wymagania dotyczące filtrowania

Pomysł, że można po prostu użyć gotowego przetwornika DC/DC, nie jest całkowicie prawdziwy. Te moduły mogą wymagać filtracji oraz pojemności na wejściu i wyjściu. Na przykład, niektóre komponenty mogą wymagać filtra EMI na wejściu, aby eliminować przewodzone EMI docierające do modułu. Pojemność na wejściu i wyjściu to również typowy wymóg, a przetworniki o dużej mocy mogą wymagać dużej ilości pojemności.

Poniższy przykład pokazuje izolowany przetwornik typu quarter brick z szerokim zakresem napięcia wejściowego, przeznaczony do wydajności 150 W. Układ pokazany wokół tego przetwornika quarter brick zapewnia filtrację EMI i stabilność, co znacznie zwiększa całkowity rozmiar urządzenia.

Przetwornik DC/DC Murata typu quarter-brick (numer części: IRQ-54/2.8-W80)

Wykaz elementów BOM dla tego układu przedstawiono tutaj:

Jeden z polecanych kondensatorów (PN: EKXJ251EXX271ML40S) to bardzo duży kondensator o wysokim napięciu pracy. Ten konkretny numer części ma ponad 35 mm długości i zajmuje tyle samo miejsca co około 40% powierzchni modułu.

Moduł przetwornicy DC/DC Murata w formacie quarter-brick, pokazany powyżej, wymaga dużych kondensatorów do poprawnej pracy.

Inne zasilacze w formacie brick będą miały podobne wymagania. Może to nie być tak drastyczne pod względem całkowitego rozmiaru urządzenia, jak pokazano tutaj, ale może to być poważny wzrost całkowitego rozmiaru obwodu.

Koszt i dostępność

Jak przy każdych komponentach, dobrze jest móc je nabyć na potrzeby prototypu. Ale jeśli nie można kupić części na dużą skalę, lub cena zakupu na dużą skalę jest zbyt wysoka, to stawia to cię w poważnej niekorzyści pod względem konkurencyjności.

Jeśli wejdziesz na Octopart i zaczniesz szukać modułów przetwornicy DC DC, możesz zacząć mieć pojęcie o cenach tych komponentów. Jak można zobaczyć z poniższych wyników wyszukiwania, są to produkty premium i mają premium cenę. Te produkty również nie zawsze są dostępne na dużą skalę i mogą mieć znaczące czasy realizacji produkcji.

Weź teraz pod uwagę wolumen dla typowej produkcji i użyj pokazanych powyżej cen do wyliczenia kosztów komponentów tylko dla modułów. Koszty twoich modułów będą największą pozycją w twoim BOM. Jak to się ma do kosztów i wysiłku związanego z zaprojektowaniem własnej przetwornicy DC/DC? To musisz zdecydować sam, i jest to jedno z ważnych porównań kosztów i ryzyka, które muszą być dokonane podczas projektowania produktu.

Zarządzanie ciepłem

Skoro powyższy komponent jest tak mały, gęstość mocy może być dość wysoka, co może wymagać strategii termicznej. Używając obu typów komponentów, nie zauważyłem różnicy między wymaganiami termicznymi dla przetwornic DC/DC a innymi obwodami zasilającymi. Jeśli pracujesz przy wysokiej gęstości mocy, oba będą wymagały strategii termicznej, w przeciwnym razie twoja obudowa może stać się piekarnikiem.

Co najważniejsze: Przetwornice DC/DC są niskiego ryzyka

Pomimo wymienionych przeze mnie wad, przetwornice DC/DC nadal są świetną opcją dla produkcji małoseryjnych, gdzie potrzebujesz znacząco zmniejszyć ryzyko dla swojego produktu. Redukcja ryzyka to największa korzyść płynąca z wyboru przetwornicy DC/DC w formie modułu, ponieważ nie musisz projektować i kwalifikować własnego zasilacza. Chociaż moduły przetwornic DC/DC nie mają modułowej certyfikacji, można oczekiwać zgodności z innymi branżowymi standardami bezpieczeństwa lub wydajności w niektórych modułach przetwornic DC/DC.

Niezależnie od tego, czy potrzebujesz zbudować niezawodną elektronikę mocy czy zaawansowane systemy cyfrowe, użyj kompletnego zestawu funkcji projektowania PCB i światowej klasy narzędzi CAD w Altium Designer®. Aby wdrożyć współpracę w dzisiejszym środowisku interdyscyplinarnym, innowacyjne firmy korzystają z platformy Altium 365™, aby łatwo udostępniać dane projektowe i wprowadzać projekty do produkcji.

Przedstawiliśmy tylko niewielką część możliwości, jakie oferuje Altium Designer na platformie Altium 365. Rozpocznij swoją darmową wersję próbną Altium Designer + Altium 365 już dziś.