Dc dc преобразователь с гальванической развязкой: AM1D-0505SZ, DC/DC преобразователь, 1Вт, вход 4.5-5.5В, выход 5В/200мА

Вскрываем чип гальванической развязки с крохотным трансформатором внутри / Хабр
Мне попалось объявление о продаже крохотного чипа, обеспечивающего 5 В изолирующего питания (гальваническая развязка). Вы подаёте 5 В с одной стороны, и получаете 5 В с другой. Примечательно в нём то, что разница напряжений между этими двумя сторонами может достичь 5000 В. В чипе установлен преобразователь DC-DC и крохотный изолирующий трансформатор, поэтому между сторонами нет прямого электрического соединения. Меня потрясло, что они смогли впихнуть всё это в корпус размером меньше ногтя, поэтому я решил заглянуть внутрь.
Многие люди жалуются на контекстную рекламу, но в данном смысле она идеально подошла к моим интересам. Чип UCC12050; спецификация. Чип выдаёт 5 В, 3,3 В, 5,4 В, или 3,7 В – это можно выбрать при помощи резистора. Такие значения, как 5,4 и 3,7 В, кажутся случайными, однако они выдают дополнительные 0,4 В, благодаря чему напряжение можно регулировать LDO-регулятором [линейный регулятор напряжения, отличающийся малым падением напряжения на регулирующем элементе / прим. перев.]. Мощность у него небольшая, всего полватта.

Я раздобыл себе этот чип от Texas Instruments. Роберт Барух из project5474 расковырял его для меня, прокипятив в серной кислоте при температуре 210 °C. Эпоксидный корпус растворился, и осталась кучка крохотных компонентов – они показаны ниже на фото, с одноцентовой монетой для масштаба [диаметр монеты 19,05 мм / прим. перев.]. Сверху – два крохотных кремниевых кристалла, один для первичной схемы, второй – для вторичной. Под ними – две намагниченных ферритовых пластины трансформатора. Справа – один из пяти кусочков стекловолоконной ткани. Внизу – медный радиатор, частично растворившийся в процессе.


Из-за внутренней структуры чипа в него может проникнуть влага и остаться внутри. А при пайке чипа влага может испариться, из-за чего чип лопнет, как семечко попкорна. Во избежание этого чип был упакован в водонепроницаемый пакет с карточками, показывающими уровень влажности. Уровень чувствительности чипа к влаге 3-й, что означает, что его нужно припаять не позднее, чем через неделю после извлечения из пакета – иначе его нужно будет предварительно пропечь.

Также в чипе нашлись две восьмиугольные медные катушки – обмотки трансформатора. На фото ниже показаны остатки одной из них. Это, вероятно, медные дорожки на крохотных печатных платах. Стекловолокно – это остатки этих плат после растворения эпоксидки. Судя по всему, обмотка состояла из нескольких проводников, идущих параллельно.

Чтобы разобраться в том, как сопряжены компоненты, я изучил патенты Texas Instruments и нашёл похожий чип гальванической развязки (ниже). Обратите внимание на строение кристаллов и катушки. Ключевая особенность патента – контакты подняты внутри, а кристаллы крепятся вверх ногами. Это улучшает электромагнитную изоляцию от печатной платы.

Корпус чипа выполнен по типу SOIC, и по размеру меньше ногтя. Ниже показан вид чипа – кристаллы и обмотка сделаны такими мелкими, чтобы они уместились в корпусе (было бы интересно посмотреть на него в разрезе). Он примерно в два раза толще стандартного корпуса SOIC, чтобы вместить несколько слоёв трансформатора.


Репрезентация внутренностей чипа. Вторая ферритовая пластина должна стоять над катушками. В реальном чипе кристаллы, вероятно, стоят вверх ногами. Размеры чипа: 7,5 мм ×10,3 мм, толщина – 2,7 мм.

Вторичный кристалл и его компоненты


В чипе стоят два кремниевых кристалла – один для первичной схемы, получающей питание, и второй для вторичной, выдающей питание. На фото ниже показан кристалл вторичной схемы. Виден металлический слой сверху чипа; думаю, что в сумме для связи всех компонентов там используется три металлических слоя. Кремний не виден на фото, он спрятан под металлом. Слева вверху проводники припаяны к площадкам кристалла. На левой части чипа гораздо больше металла, чем на правой; в левой части находится аналоговая электроника питания, поэтому там требуются проводники, поддерживающие большие токи.

Если удалить металлические слои (я чередовал соляную кислоту для удаления металла и специальную смесь для травления для удаления диоксида кремния), под ними станет видно кремний (см. ниже). Видны транзисторы, резисторы и конденсаторы. Металлический слой визуально не сильно похож на лежащий снизу кремний, однако некоторые особенности у них общие.

Одна из интересных особенностей чипа – заполнение пустот для химико-механической планаризации (CMP). На производстве слои чипа полировали до плоского состояния при помощи этой технологии. Однако участки без металлических проводников мягче, и они слишком сильно бы сточились. Во избежание этого пустые участки заполняются квадратной решёткой, гарантирующей однородный уровень полировки чипа. Наполнитель виден на фото ниже – это квадратики, расположенные под углом. У чипа много металлических слоёв, и в каждом из них есть свой наполнитель, лежащий под своим углом (угол не даёт наполнителю выстраиваться параллельно другим компонентам, что минимизирует паразитную ёмкость и индуктивность).


Логотип на первичном кристалле, окружённый наполнителем. P означает первичный, primary.

Внизу чипа, под металлическими слоями, у кремния тоже есть CMP-наполнитель. Эти квадратики – часть кремния, а линии между ними заполнены неким материалом, вероятно, поликремнием. Хотя эта решётка стоит под углом, квадратики параллельны чипу.

На диаграмме ниже размечена часть компонентов кристалла. Слева – компоненты питания, подсоединённые к трансформатору, справа – управляющая логика.

Логика чипа, судя по всему, состоит из двух блоков стандартных ячеек, где каждый логический элемент взят готовым из библиотеки, а ячейки выстраиваются в сетку. На фото ниже показана логика крупным планом. Каждый блок – МОП-транзистор, а соединяются они металлическими слоями сверху. Самые мелкие подробности имеют размер порядка 700 нм в ширину – длина волны красного света (поэтому картинка размыта). Для сравнения, самые передовые чипы сегодня переходят на техпроцесс 5 нм — это в 140 раз меньше.

Довольно большую часть площади чипа занимают конденсаторы, состоящие из металлического слоя, лежащего на кремнии и отделённого диэлектриком. Большие квадратные участки на фото ниже – это конденсаторы; диэлектрик выглядит желтоватым, красноватым или зеленоватым, в зависимости от толщины. Соединяются они металлическим слоем, формирующим более крупные конденсаторы. Квадратный рисунок – это CMP-наполнитель. Диэлектрик растворить не получилось – подозреваю, что это может быть нитрид кремния, а не диоксид кремния, из которого сделана большая часть изоляции между слоями.

Горизонтальные полоски на кремнии ниже – это резисторы, сформированные примесями, повышающими сопротивление отдельных участков. Сопротивление пропорционально длине, делённой на ширину, поэтому для получения значительного сопротивления резисторы сделаны длинными и тонкими. Соединяя полоски резисторов на концах зигзагом, можно получить резистор ещё большего номинала.

На фото ниже показана часть транзисторов чипа. На чипе используется широкий спектр разных транзисторов, от крупных силовых (внизу) до коллекции крохотных логических транзисторов слева от метки «10 µm». Все транзисторы даны в одном масштабе, чтобы вы оценили значительную разницу в размерах (там могут быть и диоды).

Первичный кристалл


На фото ниже показан первичный кремниевый кристалл. Некоторые из выводов подсоединены к чипу сверху. Для фото удалена часть металлического слоя, и в этих местах видно проводники. В верхней части чипа расположена аналоговая схема питания, в основном конденсаторы, и покрыта практически однородным металлическим слоем (я случайно уронил кристалл во время чистки в канализацию, поэтому фотографий его осталось немного).

Крупным планом ниже показан кристалл в процессе удаления металлического слоя и слоя оксида кремния. Обратите внимание – некоторые кусочки металла и поликремния отломились от кристалла и повернулись на случайные углы. Видно, что структура кристалла трёхмерная, в нём множество слоёв лежат друг на друге. После удаления оксида кремния структуры слоя могут отпасть.

Как работает чип


Основная концепция чипа прямолинейна. Он работает DC-DC преобразователем с гальванической развязкой. Первичная сторона преобразует входящее напряжение в импульсы, и передаёт их в трансформатор. Вторичная сторона выпрямляет импульсы и выдаёт выходное напряжение. Поскольку между первичной и вторичной стороной стоит трансформатор, прямого электрического соединения у них нет, и напряжение электрически изолировано. Но детали его работы подробно не описаны: существует много возможных "топологий" генерирования и выпрямления импульсов: обратноходовой преобразователь, прямоходовой преобразователь, мостовой преобразователь. Ещё один вопрос связан с управлением выходным напряжением.

Управлять выходным напряжением можно несколькими способами. Распространён подход, в котором обратная связь передаётся с вторичной стороны через оптрон, благодаря которому первичная сторона может регулировать напряжение. В другом подходе первичная сторона использует отдельный трансформатор для мониторинга напряжения. В этом чипе использовать эти варианты, судя по всему, невозможно: пути обратной связи тут нет, а выходное напряжение выбирает вторичная сторона. Можно было бы применить неэффективный подход, и поместить линейный регулятор напряжения на вторичную сторону, чтобы уменьшать напряжение до нужной величины.

Я изучал различные патенты TI, и думаю, что этот чип использует технологию под названием «двойной активный мост со сдвигом по фазе» [phase-shifted dual-active-bridge] (см. ниже). Первичная сторона использует Н-мост из четырёх транзисторов (слева) для отправки положительных и отрицательных импульсов в трансформатор (в середине). Похожий Н-мост на вторичной стороне (справа) преобразует выход трансформатора обратно в постоянный ток. Н-мост вместо диодов на вторичной стороне используется потому, что можно менять количество передаваемой энергии, меняя тайминг. Иначе говоря, напряжение можно регулировать сдвигом фазы между первичным и вторичным мостом. В отличие от большинства преобразователей, здесь не меняется ни частота импульсов, и их ширина.


Диаграмма из патента 10122367

Каждый Н-мост состоит из четырёх транзисторов: два n-канальных и два p-канальных МОП-транзистора. На фото ниже показано шесть крупных силовых транзисторов, занимающих большую часть вторичного кристалла. Я изучил их структуру, и мне кажется, что два транзистора справа – это n-канальные MOSFET, а остальные четыре – это p-канальные MOSFET. Получается четыре транзистора, необходимые для Н-моста, и ещё два для других целей.

Использование чипа


Я подключил чип через макетную плату, и он работал, как и обещали. Использовать его чрезвычайно легко – нужна лишь пара фильтрующих конденсаторов, на входе и выходе. Хотя в кристаллах полно конденсаторов, для фильтрации они слишком малы. У внешних конденсаторов ёмкость выше. Я подал 5 В на вход (слева внизу) и получил 5 В на выходе (справа вверху), которые зажгли светодиод. В электронике, связанной с питанием, важно следовать рекомендациям расположения элементов, чтобы избежать шума и осцилляций. Однако хотя моя доска и не удовлетворяла ни одной из них, чип прекрасно работал. Я измерил выход в 5 В, и шум был минимальным.

Заключение


Когда я увидел чип, содержащий полноценный трансформатор DC-DC, я решил, что внутри него точно должна быть какая-то интересная технология. Раскрытие корпуса открыло мне его компоненты, включая два кремниевых кристалла и крохотные плоские обмотки трансформатора. Изучая компоненты и сравнивая их с патентами Texas Instrument, я пришёл к выводу, что для передачи энергии чип использует топологию двойного активного моста со сдвигом по фазе. Интересно, что эта технология набирает популярность у зарядных устройств для электромобилей, хотя там речь идёт о гораздо более высоких энергиях.

Кристаллы оказались сложными, с тремя слоями металла и мелкими компонентами, которые не видны в оптический прибор. Обычно я изучаю чипы на несколько десятков лет старше, в которых гораздо легче разобраться, поэтому в данной статье больше моих догадок, чем обратного инжиниринга (то бишь, где-то я мог и ошибиться).

Корпусированные DC/DC-преобразователи с гальванической развязкой - Продукция

Серия DPX

DC/DC- преобразователи с выходными мощностями от 15 до 60 Вт для монтажа на DIN-рейку

TDK-Lambda

cc-e.jpg

Серия CC-E

DC/DC-преобразователи с выходной мощностью от 1,5 до 30 Вт.

TDK-Lambda

cc-e.jpg

Серия CE

Неизолированные DC/DC-преобразователи для поверхностного монтажа на печатную плату SMD

TDK-Lambda

cc-e.jpg

Серия ISF

DC/DC-преобразователи для поверхностного монтажа, 1 Вт  

XP Power

cc-e.jpg

Серия ISG

DC/DC-преобразователи для поверхностного монтажа, 1 Вт  

XP Power

cc-e.jpg

Серия ISJ

DC/DC-преобразователи для поверхностного монтажа, 1 Вт  

XP Power

cc-e.jpg

Серия ISL

DC/DC-преобразователи для поверхностного монтажа, 1,5 Вт  

XP Power

cc-e.jpg

Серия ISP

DC/DC-преобразователи для поверхностного монтажа, 2 Вт  

XP Power

ib.jpg

Серия IB

Одноканальные DC/DC-преобразователи с выходной мощностью 1 Вт

XP Power

ib.jpg

Серия IE

Одноканальные DC/DC-преобразователи малой мощности с выходной мощностью 1 Вт, тип корпуса SIP/DIP

XP Power

ib.jpg

Серия IF

DC/DC-преобразователи с выходной мощностью 1 Вт, тип корпуса SIP/DIP

XP Power

Ih.jpg

Серия IH

DC/DC-преобразователи с выходной мощностью 2 Вт, тип корпуса SIP/DIP

XP Power

il.jpg

Серия IL

DC/DC-преобразователи с выходной мощностью 2 Вт, тип корпуса SIP

XP Power

il.jpg

Серия IM

DC/DC-преобразователи с выходной мощностью 2 Вт

XP Power

il.jpg

Серия IS

Одноканальные и двухканальные DC/DC-преобразователи с выходной мощностью 3 Вт, тип корпуса SIP

XP Power

i.jpg

Серия IA

DC/DC-преобразователи с выходной мощностью 1 Вт, тип корпуса SIP/DIP

XP Power

ich.jpg

Серия ICH

Одноканальные и двухканальные DC/DC-преобразователи с выходной мощностью 50-200 Вт

XP Power

ich.jpg

Серия C500_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 250 Ватт

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия C1200_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 200 Ватт

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия Ch300_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 150 Ватт

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия C200_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 50 Ватт

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия C1300_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 400 Ватт

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия C1500_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 600 Ватт

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия C1600_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 1200 Ватт

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия C2500_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 400 Ватт

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия C2600_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 800 Ватт

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия C3500_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 850 Ватт

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия C4500_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 1600 Ватт

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия C3700_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 1250 Ватт

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия C3600_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 1700 Ватт

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия C3800_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 2500 Ватт

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия C600_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 500 Ватт

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия C4700_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 2500 Ватт

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия C4800_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 5000 Ватт

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия C5600_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 6000 Ватт c вентиляторным охлаждением

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия C5100_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 5000 Ватт c вентиляторным охлаждением

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия C5200_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 5000 Ватт c вентиляторным охлаждением

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия C5300_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 7500 Ватт c вентиляторным охлаждением

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия CW5300_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 8000 Ватт c водяным охлаждением

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия C5700_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 8000 Ватт c вентиляторным охлаждением

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия C5400_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 10 000 Ватт c вентиляторным охлаждением

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия C5800_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 12 000 Ватт c вентиляторным охлаждением

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия CW5500_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 15 000 Ватт c водяным охлаждением

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия C6400_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 22 000 Ватт c вентиляторным охлаждением

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия CW6600_DC/DC

DC/DC преобразователи мощностью до 30 000 Ватт c водяным охлаждением

Schaefer Elektronik GmbH

ich.jpg

Серия IQ

1-ваттные одно- и двухканальные DC/DC-преобразователи в корпусе SIP

XP Power

ich.jpg

Серия IK

0,25-ваттные DC/DC-преобразователи в корпусах SIP и DIP

XP Power

ich.jpg

Серия HQA

Высокоэффективные DC/DC преобразователи, мощностью 85-120Вт и c выходным напряжениями от 5В до 48В для ответственных применений

TDK-Lambda

ich.jpg

Серия GQA

Высоконадежные промышленные DC/DC преобразователи мощностью 120 Вт

TDK-Lambda

ich.jpg

Серия CCG

DC/DC-преобразователи с выходной мощностью от 15 до 30 Вт с одним или двумя выходами.

TDK-Lambda

Преобразователи напряжения, компактные, мощные, с гальванической развязкой
В сегодняшнем обзоре пойдет речь об малораспространенных, специфичных, но иногда очень нужных устройствах, мощных компактных преобразователях напряжения. Специфичны они в первую очередь тем, что имеют малораспространенный среди самодельщиков диапазон входного напряжения 36-75 Вольт. Но именно про подобные преобразователи меня уже несколько раз спрашивали и я решил восполнить этот пробел, так как обзоров подобных преобразователей мне еще не попадалось.

Сначала о том, зачем вообще нужны подобные преобразователи.
1. Для получающего распространение электротранспорта, скутеров, велосипедов и т.п.
2. Для питания устройств имеющих повышенные требования к надежности преобразователя.

Меня неоднократно спрашивали по поводу преобразователей для использования в мелком электротранспорте, батарея там часто имеет напряжение около 60 Вольт и большинство продаваемых преобразователей не могут работать при таком напряжении.
Кроме того стоит вопрос о защите от пробоя ключевого транзистора если речь идет о StepDown, потому я обычно советовал покупать преобразователь с гальванической развязкой, но не из-за развязки как таковой, а из-за того, что у таких преобразователей шанс получить что-то опасное на выходе на порядки ниже.

В общем заказал я три варианта преобразователей, тем более цена реально копеечная. Два заказывались у одного продавца и один у второго, собственно потому пришли в двух пакетах. При этом каждый преобразователь лежал в родной ячейке вырезанной из вспененного полиэтилена, собственно изначально они и идут в таких ячейках, только больших.

Итак представляю участников теста.
1. RBQ-31251 — Выходное 9.7 Вольта, ток до 40 Ампер, цена $2.81, ссылка.
2. QBW018A0B, Выходное 12 Вольт, ток до 18 Ампер, цена $5.47, ссылка
3. RBQ-8,2/45 — Выходное 8.2 Вольта, ток до 45 Ампер, цена $3.12, ссылка.

Все преобразователи согласно даташитам (о них позже) имеют одинаковый диапазон входного напряжения 36-75 Вольт и одинаковый размер 57.9 х 36,8мм, а как минимум два соответствуют индустриальному стандарту Quarter brick: (57.9x 36.810.6 mm).

Блочки увесистые, от 50 до почти 100 грамм.

Начну описание с моделей RBQ-31251 и RBQ-8,2/45. Изначально я не обратил внимания, но уже при получении понял, что по сути это одна и та же модель, отличающаяся только выходным напряжением и наличием радиатора у RBQ-31251.

Снизу платы полностью идентичны.

Можно было бы предположить, что и маркировка должна быть очень похожа, но нет, общего у них только фирма производитель и серия — RBQ.
Кстати насчет фирмы, насколько я могу судить, в данном случае это продукция очень известной фирмы Murata, шанс подделки исчезающе мал, так как подделывать устройства подобного класса чтобы потом продавать их за несколько долларов просто нецелесообразно.

Первым идет RBQ-8,2/45, сначала описание с даташита производителя. Даташит не конкретно на эту модель, а на другую, но из той же серии. Кстати, в даташите стоит пометка — Discontinued, т.е. официально данный преобразователь не производится и продаются складские залежи.

А вот так он выглядит в реальности.

Размеры печатной платы и назначение контактов.

При довольно простой функциональности устройства компонентов установлено довольно много, при этом часть из них закрыта небольшим радиатором.

Трансформатор и дроссель дополнительно зафиксированы герметиком.

Контакты довольно мощные, при этом явно медь и судя по всему имеется золочение, но какая же у них теплопроводность… Мне пришлось взять мощный паяльник чтобы припаять тестовые провода к выходным контактам, при этом был заметен нагрев большей части платы.
Слева вход, справа выход.

Со стороны входа три контакта, средний — включение преобразователя и здесь сделаю небольшую оговорку, есть преобразователи включаемые единицей, а есть нулем, зависит от индекса. Я поначалу подал питание на первый преобразователь, но не работает, потом на второй, подумал уже что брак. Когда не захотел работать и третий, то здесь уже стало понятно что просто я делаю что-то не так. Выяснилось что включаются данные модели нулем, т.е. для включения надо соединить средний контакт с минусом входа.

Виной всему схема из даташита, где показана логика для другого типа сигнала управления 🙂

Управляет работой блока питания ШИМ контроллер LM5035.

При этом данный контроллер управляет не только первичной, а и вторичной стороной, а точнее работой синхронного выпрямителя.

Насколько я могу судить, выходные транзисторы управляются через этот мелкий трансформатор.

По сути данная плата представляет собой обычный блок питания, только на низкое входное напряжение, есть привычный оптрон и межобмоточный конденсатор.
На вторичной стороне есть несколько мест под резисторы, предположу что таким образом задается выходное напряжение.

Кроме того на странице продавца есть несколько фото, где сначала показан резистор на плате, номиналом 2кОм.

А затем совет, мол если вместо этого резистора включить последовательно постоянный 1.5 кОм и переменный 4.7 кОм, то выходное напряжение можно менять в диапазоне 6-10 Вольт. Причем на странице преобразователя с 9.7 выходным диапазон 6-10. а с 8.2 Вольта смещен в меньшую сторону и составляет 3.4-8.7 Вольта, но резисторы нужны не 1.5 кОм + 4.7 кОм, а 2 и 10.

итого выходит:
Модель с выходным 9.7 Вольта можно регулировать в диапазоне 6-10 Вольт с резисторами 1.5 и 4.7 кОм.
Модель с выходным 8,2 Вольта можно регулировать в диапазоне 3.4-8.7 Вольта с резисторами 2 и 10 кОм.

На выходе стоят транзисторы AON6240, 40 Вольт, 85 Ампер, 1.6 мОм.
По входу FDMS86322, 80 Вольт, 60 Ампер, 7.65мОм.
Ну и еще всякие мелкие детальки.

Второй преобразователь представляет собой почти полную копию, ключевое отличие в том, что у него есть небольшой радиатор, закрывающий одну из сторон платы.

Под радиатором такая же плата как показано выше, фото со страницы товара.

Присутствуют дополнительные стойки, а выводы для подключения имеют увеличенную длину.

Думаю вы уже обратили внимание на непривычно толстую печатную плату. Измеренная толщина составляет около 3.5мм против 1.5мм у обычных плат и как вы понимаете, сделано это не просто так.

Все дело в том, что у данных преобразователей трансформатор и выходной дроссель интегрированы в печатную плату, т.е. здесь нет привычного провода, а его роль выполняет многослойная печатная плата.

Подобное решение встречается там, где надо получить компактное и высокоэффективное решение, а также в военной технике.

Преимуществ много.
1. Лучше связь между обмотками
2. Меньше индуктивность рассеяния
3. Возможность уменьшить толщину изделия
4. Выше технологичность.

При этом можно кроме обмоток интегрировать и их систему охлаждения, если так можно выразиться. Подробнее здесь.

Чаще всего используются Ш-образные магнитопроводы.

Кроме того есть несколько вариантов изготовления.
1. Трансформатор в виде отдельного изделия.
2. Также как п1, только магнитопровод утоплен в окно печатной платы.
3. Гибридный, часть обмоток в виде отдельной платы, часть в составе основной. На мой взгляд лучше подходит для высоковольтных изделий.
4. Полностью интегрированный трансформатор/дроссель, все обмотки являются частью основной платы. У обозреваемых преобразователей как раз этот вариант.

Для подобных применений выпускаются и специальные магнитопроводы, отличающиеся малой высотой. Более подробно почитать можно здесь, очень полезная статья на сайте одной харьковской фирмы.

Выше я написал по поводу улучшения связи между обмотками, попробую буквально в нескольких словах объяснить этот нюанс.
1. Самый неправильный вариант расположения обмоток, на разных частях одного магнитопровода. Для импульсной техники не подходит. Если вы попробуете так сделать какой нибудь трансформатор для импульсного БП, то скорее всего жизнь у него будет яркой, но недолгой.

А дальше идет вид в разрезе каркаса и показаны слои обмоток.
2. Самый простой вариант, одна обмотка над другой, работает, но на малых мощностях. Собственно проблемы не зависят от мощности, просто при большой мощности они ярче проявляются, обычно в виде повышенного нагрева снаббера (гасителя паразитных выбросов) так как из-за плохой связи между обмотками энергия медленнее переходит в нагрузку и довольно большая часть уходит в первичную сторону (я сильно упростил).
3. Чтобы улучшить ситуацию, часто мотают сначала первую часть первичной обмотки, потом вторичную, а затем вторую часть первичной. При этом первичная обмотка как бы «обнимает» вторичную и обеспечивает лучше связь между обмотками, т.е. в момент переключения транзистора инвертора в нагрузку ток пойдет быстрее (если можно так выразиться) и снабберу достанется меньше.
4. А это пример «намотки» планарного трансформатора, можно добиться того, чего почти никогда не делают в обычных трансформаторах, многослойного бутерброда. Дело в том, что при обычной намотке такое реализовать сложно технологически, зато для планарного трансформатора это не представляет сложности. Здесь связь между обмотками почти идеальна, соответственно у такого решения выше КПД, а также меньше выбросы в первичную сторону и меньше работы снабберу.

Кстати, неправильная намотка трансформатора это частая ошибка новичков, которые еще не понимают, что важно не только соотношение витков обмоток, а и их правильная укладка, причем чем мощнее БП, тем эта проблема вылазит сильнее. Собственно это примерно то же самое что трассировка печатной платы, где надо не только соединить компоненты согласно схеме, а и учесть взаимное влияние дорожек друг на друга.

Перейдем ко второму типу преобразователя, в данном случае он рассчитан на более популярное напряжение — 12 Вольт и обеспечивает ток до 18 Ампер.
В данном случае ситуация немного проще, есть родной даташит.

Внешний вид не сильно отличается от предыдущего, формфактор тот же, как и входное напряжение.

Кстати насчет входного напряжения, в описании указан диапазон 36-75 Вольт, при этом в графе — максимальные значения указано также 75 Вольт и 80 Вольт если преобразователь находится в «спящем» режиме. Некоторые продавцы не советуют подавать больше чем 60 Вольт, я бы рекомендовал ограничиться напряжением 65, максимум 70.

Трансформатор здесь поменьше, но и мощность ниже почти в два раза, около 200 Ватт.

Радиаторов на плате здесь уже нет.

Так как формфактор преобразователя стандартен, то соответственно и размеры такие же как у предыдущего.

Контакты для подключения здесь уже немного попроще, что любопытно, торец вывода проводит ток, но при этом внутри выглядит как текстолитовый стержень обернутый фольгой, не паяется, но имеет отличную теплопроводность.

Плата имеет точно такое же расположение контактов и их назначение, т.е. можно выпаять один модуль и спокойно запаять другой если нужны иные параметры.

Кроме того у преобразователей подобного типа есть иногда и возможность параллельного включения, для чего в некоторых модификациях есть соответствующий контакт для синхронизации работы. В итоге платы можно собирать в виде бутерброда.
Кстати, когда искал пример, попалась плата как была показана ранее, производства Murata.

Как я уже писал, радиаторов здесь нет, потому все компоненты «как на ладони». Слева входная часть, справа выходная.

Выше на фото видна маркировка модуля, интересно что сначала я нашел даташит на такой же модуль, но другого производителя и уже потом скачал даташит со страницы продавца, как говорится — найдите отличия.
Хотя даташит от Tyco выпущен на 4 года раньше, да и вообще получается интересная ситуация, вот уже 14 лет как производятся интересные высокоэффективные преобразователи напряжения, а «в массы» идет обычно нечто в суперэконом вариантах.

Здесь также применен планарный трансформатор и дроссель.

По компонентам сказать особо нечего, отмечу лишь то, что плата имеет два оптрона, один для обратной связи, второй для защиты от превышения напряжения на выходе.

Ну а теперь тесты и начну я с модели RBQ-8,2/45, модель RBQ-31251 проверять особо смысла не вижу так как они как близнецы, ну разве что в варианте с радиатором можно будет снять мощность немного побольше без принудительного охлаждения.

И сразу небольшое расстройство, потребляемая мощность.
В дежурном режиме потребление около полуватта, чем выше входное напряжение, тем меньше потребляемая мощность. На мой взгляд многовато, особенно при автономном питании. Кроме того наделся что можно использовать вход старта именно для перевода в микропотребляющий режим, а не размыкать цепь питания. Вы возможно спросите, а почему не рвать просто цепь питания. Так вот в этом и есть проблема, контакты обычных выключателей и реле рассчитаны максимум на 30 Вольт постоянного тока. а здесь элементарно может быть в два раза больше.

Соединяем вход управления с минусом питания и преобразователь стартует. На выходе 8.271 Вольта.

А вот мощность, потребляемая без нагрузки меня реально удивила, около 4 Ватт, причем с ростом входного напряжения ток падает, но мощность все равно немного растет.
Примерно то же самое происходит и под нагрузкой, при снижении входного напряжения мощность немного снижается, при повышении растет.

Теперь можно грубо оценить КПД и зависимость выходного напряжения от тока потребления.
На входе имеем 70.3 Ватта, на выходе 65.1 при токе потребления почти 8 Ампер, КПД получается около 92.6%
При токе 16 Ампер на входе 136.7 Ватта, на выходе 130.8, КПД около 95.7%

Через 20 минут преобразователь нагрелся почти до 90 градусов, дальше рост температуры остановился.

Для проверки при больших токах потребления мне пришлось взять более мощный блок питания и нагрузку которая может нагружать током до 40 Ампер при мощности до 300 Ватт.
В итоге
Ток по выходу 23.9 Ампера. напряжение 8.195 Вольта, КПД около 98%
При токе 31.9 Ампера напряжение просело до 8.163 Вольта, КПД получился 97.7%

При таких мощностях требуется уже активное охлаждение, преобразователь хоть и имеет высокий КПД, но через некоторое время начинает перегреваться.

И максимум что я смог нагрузить, ток 37.9 Ампера. мощность около 300 Ватт, КПД примерно 97.9%

Конечно расчет КПД имеет большую погрешность так как влияет точность измерения сразу четырех параметров, но все равно результат неплох.

При обдуве небольшим вентилятором и выходной мощности 300 Ватт температура составила около 60 градусов.

Размах пульсаций и их форма почти никак не отличатся что без нагрузки, что при токе в 38 Ампер.
Осциллограммы получены при токе — 0, 8, 16, 24, 32, 38 Ампер.

Тесты второго преобразователя будут немного короче.
1. В «спящем» режиме он потребляет в два раза больше, что весьма грустно 🙁
2, 3, 4. В режиме работы без нагрузки потребляемая мощность больше чем у предыдущего и также зависит от входного напряжения.

Без нагрузки выходное напряжение немного выше заявленного и составляет почти 12.2 Вольта.

КПД и выходное напряжение при токе нагрузки 6, 12 и 18 Ампер.
1. 95,4%
2. 95%
3. 95.5%

Форма и размах пульсаций вообще никак не меняется что при работе без нагрузки, что при максимальном токе и составляет около 100 мВ.

Тест на перегрев проходил при токе в 10 Ампер с пассивным охлаждением.

Результаты так себе, примерно через 15 минут преобразователь прогрелся до 102 градусов, еще через некоторое время до 111, дальше температура почти не менялась.

Прогрев влияет и на выходное напряжение, в холодном и горячем состоянии разница составила около 0.1 Вольта.

При половинной нагрузке преобразователь стабильно работает в диапазоне 36-60 Вольт, при этом в диапазоне 48-60 Вольт потребление никак не меняется, а при 36 немного падает.

А вот при полной нагрузке преобразователь стабильно работал только при 44-45 Вольт на входе, если понизить еще, то срабатывала защита. Потребляемая мощность (а следовательно и КПД) в диапазоне 45-60 Вольт одинакова.

Кроме всего прочего второй преобразователь был случайно проверен на защиту от КЗ, отработала на ура, преобразователь ушел в защиту и ждал пока ему перезапустят питание.

Есть версии подобных преобразователей и с более габаритным радиатором, которые могут отдавать до 500 Ватт.

Пора подвести итоги. Вообще когда начинал писать обзор, то думал что он будет раза в три короче, но как-то неожиданно разросся 🙁

Теперь по преобразователям.
У первого не очень удобные варианты выходных напряжений, но по крайней мере они были в наличии и стоили недорого. Зато в данном случае это фирменные устройства с высоким КПД, большим выходным током и качественной сборкой.
При комнатной температуре RBQ-8,2/45 может отдавать до 15-16 Ампер без дополнительного охлаждения.
С RBQ-31251 думаю можно рассчитывать на 20-, может даже 25 Ампер так как у него имеется дополнительный радиатор.
Ну а по поводу цены вообще речи нет, за эти деньги обычно продают что нибудь на базе китайских ШИМ контроллеров и с худшими параметрами.

А вот с QBW018A0B (12 Вольт 18 Ампер) ситуация похуже, думаю что без принудительного охлаждения вряд ли получится долго снимать более 8 Ампер. Как вариант, можно установить на него радиатор.

По всем преобразователям есть только одно существенное нарекание, ток потребления в «дежурном» режиме и в рабочем без нагрузки. На мой взгляд 0.5-1 Ватт в выключенном состоянии и около 4 без нагрузки это очень много и если с первым еще как-то можно смириться, да даже просто поставить электронный выключатель, то вот второе исправить не получится, данные модели явно ориентированы на работы при больших токах.

На этом у меня все, надеюсь что добыл полезную информацию и возможно она будет кому нибудь полезна.

Спонсором данного обзора выступил посредник yoybuy.com, который взял на себя оплату доставки.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Модуль гальванической развязки и задержки отключения питания для DIY аудиопроцессора в авто
Всем добрый день. Это будет небольшой обзор-заметка. Заканчивается год, а у меня в рамках обзоров остался один незавершенный вопрос. Если кто следил, то в обзоре DIY аудиопроцессора в авто, после установки устройства, я остался с проблемой наводок по линии питания (в динамиках можно было слушать приятный гул генератора на небольшой громкости), а также с проблемой небольшого хлопка в динамиках после выключения питания. Подобные проблемы появились также у людей, кто решил повторить мой проект, и, соответственно возникли вопросы по ликвидации этих недочетов системы.
В ходе поисков вариантов решения, был рожден небольшой модуль гальванической развязки питания (на базе DC-DC преобразователя B1212S-2W) и схемы задержки отключения питания аудиопроцессора. Получился рабочий прототип, который уже успешно прошел испытания. Подробности в обзоре.

С проблемой помех и шумов по линии питания процессора на ADAU1701 я уже сталкивался ранее, при внедрении аудиопроцессора в домашний УНЧ. Там я перепробовал разные варианты схем питания, но все равно приходилось ловить земляную петлю. Так было, пока я не решился попробовать запитать плату DSP от DC-DC преобразователя, который стоял на PiFi I2C DAC для RaspberryPi. Это был DC-DC модуль с гальванической развязкой B0505S. Припаялся к выводам преобразователя на плате и все шумы и помехи исчезли.

Такой же способ я решил применить к аудиопроцессору в авто. Для своего устройства я решил приобрести модуль B1212S-2W. Заказывал в трех местах:


Все рабочие.

Преобразователь выглядит следующим образом:


Пользуясь рекомендациями по подключению данных модулей от одного из производителей (DELUS B-1W & F-1W Series)

собрал на макетной плате небольшую схему из предохранителя 1А, диода, конденсатора (поставил параллельно два по 820 uF) и модуля B1212S-2W. После преобразователя поставил пленочный конденсатор 1,8 uF.:



Собрал и пошел пробовать в авто. Помехи по питанию пропали, сразу тишина, зато хлопок при выключении только увеличился, его стало уже реально слышно, что совсем не хорошо для динамиков. Затем я стал экспериментировать с конденсаторами большой емкости после преобразователя, чтобы придержать падение напряжения на ADAU1701, но B1212S-2W не выдержал таких издевательств. Пришлось заказывать новый.

В то же время, надо было решать вопрос с хлопком при выключении. Единственной идеей тогда было поставить реле задержки выключения питания, которое я даже заказал. (DC 12 В светодиодный цифровой дисплей домашней автоматизации реле задержки Триггера времени цепи таймер управления цикл Регулируемый переключатель релейный модуль) Но мне не нравился вариант, что реле должно всегда находиться в рабочем состоянии с действующим питанием.

Я начал поиск в сети различных схем задержки отключения питания, которые я смог бы реализовать. Для многих обитателей муськи это элементарные вещи, а для меня это реально вопрос).

Нашел следующую схему, которая мне понравилась своей простотой, а главное тем, что необходимые детали у меня были в наличии:

На базе неё я подготовил следующую схему своего модуля фильтра питания и устройства задержки выключения:

В данной схеме время задержки отключения питания задается емкостью конденсатора С1 (я использовал конденсатор 820 uF), а также резистором R2. При номинале резистора в 1кОм время задержки составило 2-3 секунды, я поставил резистор 3кОм, тем самым увеличив время выключения до 8-10 секунд, решил перестраховаться, так как не знаю, как быстро отключаются полностью усилители.

Нашел небольшое 12В реле от схемы защиты старого усилителя сабвуфера, VT1 – простой биполярный NPN транзистор.
Так как напряжение в авто при рабочем двигателе составляет около 14,2В, то я решил добавить в схему стабилитрон на 12В (5Вт) с балластным резистором 8,2 Ом (я использовал резисторы 3Ом+4,7Ом, 2Вт). Тем самым напряжение питания на DC-DC преобразователе B1212S-2W теперь не превышает 12,6В. На выходе DC-DC преобразователя пришлось поставить конденсатор С3 емкостью 1,8 мкФ, больше не было в наличии.
По всем линиям питания закрылся предохранителями 1А.

Схему изначально планировал собрать на макетной плате, поэтому и разводку платы делал для удобного макетного способа сборки. Делал в KiCAD, чтобы точно знать, что всё влезет с простыми соединениями:




Нашел старый корпус от разобранного ноутбучного БП, и установил свою плату прямо в нем, припаяв и зафиксировав провода питания и сигнала REM +12В:


Не сделал фото установки в авто, было холодно, хотелось сделать быстро, и было не до фото. Просто подключил все провода питания, и сам аудиопроцессор к клеммнику нового фильтра питания.

Включил питание, убедился в отсутствии шумов и помех, а также отсутствии хлопка при выключении, всё заработало как я хотел. Сделал несколько включений и выключений, и обнаружил, что на каждое третье-четвертое включение ADAU1701 не стартует, тишина.
По линии питания добавились конденсаторы, увеличилось время нарастания напряжения и ADAU1701 не хочет стабильно запускаться.
Такая же проблема была и в домашнем УНЧ, но тогда мне подсказал уважаемый dskinder в комментариях к тому обзору (ссылка на комментарий:), и я опять воспользовался советом, и уже прямо в авто добавил к конденсатору С13 на плате ADAU1701 параллельно конденсатор емкостью 1мкФ:

В итоге проблемы с запуском ADAU1701 исчезли, хлопки исчезли, шумы и ставший родным звук генератора тоже покинули систему. На сегодняшний момент все текущие проблемы решены, можно смело пользоваться.

Если у кого есть замечания, или более простые варианты решения, то буду очень рад критике и советам, так как компетентных людей в этой сфере на данном ресурсе очень много.

Файл проекта в KiCAD: power_filter_kicad.zip

Пара небольших преобразователей напряжения с гальванической развязкой и двуполярным выходом
Еще разные полезные штучки с Тао и опять преобразователи напряжения, но не простые, а имеющие двуполярный выход.

Начну с того, почему я их купил.
В процессе подготовки базы для новой электронной нагрузки решил что хорошо бы аналоговую часть питать все таки от двуполярного напряжения, что сразу снимает сложности при работе с очень малыми напряжениями, которые будут на токоизмерительных шунтах во время измерения малых токов. Ну а чтобы не привязываться к общей земле, взял те что с гальванической развязкой. Кроме того понравилась цена.

Вообще было заказано три типа преобразователей, но третий тип не соответствует заголовку так как не имеет ни гальванической развязки, ни двуполярного выхода (хотя самих напряжений два), потому о нем я расскажу в следующий раз.
Упаковано все в привычные прозрачные пакеты.

Первым идет Tyco ME005BK, покупал пару, один стоит около 1.33-1.4 доллара (на момент покупки 1.25 доллара) — ссылка.

Преобразователь фирменный, соответственно есть полный даташит, но если коротко, то:
Входное напряжение — 48 Вольт
Полный диапазон входного напряжения — 39.5-60 Вольт
Выходное напряжение — +\-12 Вольт
Выходной ток — 210мА

Как можно заметить, в отличие от показанных ранее преобразователей данная модель ориентирована на работу с одним «базовым» напряжением — 48 Вольт, потому все тесты будут проходить именно при этом напряжении.

Упакован преобразователь в небольшой корпус, залитый снизу мягким компаундом.

Габаритный чертеж.

Преобразователи выпускаются (скорее выпускались) с разными выходными напряжениями, причем как в однополярном, так и двуполярном исполнении, мой вариант выделен.

Собственно тестов будет не очень много, постараюсь как-то относительно кратко.
Для начала проверил перегрузочную способность, выход подключен полностью, т.е. 24 Вольта.
При заявленных 210мА преобразователь спокойно выдает 300, но при большем токе уходит в защиту. Напряжение при этом держится очень стабильно, проседая только при перегрузке.

Без нагрузки потребление составляет около 0.45 Ватта, дальше соответственно при токе 100-150-210-250-300мА.

И в виде таблицы.

Еще одним тестом идет проверка стабилизации напряжения при 100% несимметричности нагрузки, т.е. один полюс нагружен полностью, второй без нагрузки.
1, 2. Положительный полюс измеряем, отрицательный нагружаем, слева без нагрузки.
3, 4. Отрицательный измеряем, положительный нагружаем.

При этом в первом случае напряжение на нагруженном канале было 11.64 Вольта, во втором 11.11.

Лично на мой взгляд результат очень неплох, тем более что я не планирую использовать его в таком режиме.

Несколько осциллограмм.
1. 12 Вольт без нагрузки
2. 24 Вольта без нагрузки
3. 12 Вольт с полной нагрузкой
4. 24 Вольта с полной нагрузкой.

Осциллограммы отрицательного и положительного полюса не отличаются, потому привожу только положительный.
Не скажу что результат хороший, но даже меньше заявленного в даташите.

В работе теплый, слева примерно после 10 минут, справа спустя еще 20 минут.

Второй модуль производства Martek power, он в три раза мощнее, рассчитан на более широкий диапазон входного напряжения 36-75 Вольт, но на выходе имеет те же +\-12 Вольт, стоит сейчас около 0.9 доллара (на момент заказа 1.56) — ссылка. Как выяснилось, продавец опять поднял цену, так что кто хочет купить, думаю можно просто подождать и возможно цену снизят.
Внешне довольно сильно похож на предыдущий преобразователь, но здесь корпус не герметичный, есть отверстия для вентиляции, но здесь и мощность в 3 раза больше.

Общие технические характеристики из даташита.

Выпускается преобразователь под три варианта входного напряжения — 12, 24 и 48 Вольт и под три варианта выходного +\-5, 12 и 15 Вольт, итого 9 моделей
В моем случае модель со входным 48 и выходным +\- 12 Вольт

Габаритные размеры модуля и расположение контактов.
Кроме того есть два варианта исполнения, с возможностью отключения и без, у меня полный вариант, т.е. со входом управления.

При трехкратной разнице в мощности он имеет почти такие же размеры что и предыдущий.

Вскрытие показало, что пациент умер от вскрытия верхняя часть корпуса одновременно является радиатором, довольно продуманная конструкция.

Чуть детальнее.

Логика работы управляющего входа отличается от тех преобразователей, которые я показывал ранее.
1. Вход инверсный, включается подачей напряжения
2. При отключенном входе управления преобразователь работает, но я все равно на всякий случай соединил потом управляющий вход с + питания.

1, 2. Потребление в дежурном режиме при 36 и 62 Вольта
3, 4. Потребление в рабочем режиме без нагрузки при 36 и 62 Вольта.

При заявленном выходном токе 630мА тянет спокойно до 800 мА, дальше уход в защиту, но до этого момента все просто идеально.

А вот при нагрузке только по одному выходу как-то не очень красиво работает.
1, 2. Измеряем положительный полюс, нагружаем отрицательный, слева напряжение без нагрузки. При этом на нагруженном напряжение просело до 10.67 Вольта, а на не нагруженном поднялось до 13.44
3, 4. Измеряем отрицательный полюс, нагружаем положительный. Вот здесь и вылезла проблема, при токе нагрузки 500-600 мА преобразователь уходит в защиту, если нагрузить на ток 400мА то работает но на не нагруженном поднимается выше 16 Вольт, а на нагруженном падает до 7.9.

Понятно что данные преобразователи скорее всего рассчитывали на равномерную нагрузку, но как-то уж совсем большой перекос выходит.

Потребление при разных токах нагрузки (25, 50 и 100%) и входном напряжении 36 и 60 Вольт.

КПД в виде таблицы и графика.

Так как здесь по одному каналу нагружать было не очень удобно, измерял общее напряжение, осциллограммы при 0, 33, 6 и 100% нагрузки, входное напряжение 48 Вольт.
Кроме того параллельно выходам были установлены конденсаторы 100мкФ 25 Вольт Samwha RD, так как и описании модуля было указано что необходимы внешние конденсаторы.
Присутствует ярко выраженный всплеск, хотя основной размах не такой и большой, думаю что в данном случае простейший LC фильтр сильно улучшит картину, но вполне может быть что он образовался из-за земляной петли с электронной нагрузкой.
Даташит декларирует размах до 60мВ, но как я понимаю, при напряжении 12 Вольт (один полюс).

Нагрев модуля при полной нагрузке через 10 минут после включения и еще через 17, максимальная температура составила 85 градусов. Входное напряжение было 48 Вольт.

Не могу сказать, блоки БУ или просто из старых запасов, так как даташит на первый датируется 2008 годом, а на самих блоках дата выпуска не указана. При их цене на мой взгляд результат неплохой. В плане нагрузочной способности все с запасом, пульсации могли бы быть и поменьше, придется ставить по выходу фильтры, но это я делал бы в любом случае. В остальном меня все устроило.
Первый модуль весит 24 грамма, второй 16 грамм, потому наверное вторые более выгодны как в плане соотношения цена/мощность, так и в плане стоимости доставки.

На этом у меня все, надеюсь что обзор был полезен.

Мелкий преобразователь напряжения мощностью 15 Ватт с гальванической развязкой
Еще один преобразователь из напряжения 36-75 Вольт в 12 с гальванической развязкой, на этот раз относительно небольшой мощности, всего 15 Ватт, но как по мне, то все равно полезный.
Осмотр, немножко информации из даташита, тесты и выводы.

Данный обзор является продолжением серии обзоров о различных преобразователях напряжения ориентированных на работу от первичного БП или аккумуляторных сборок с напряжением от 36 до 75 Вольт. Устройство относительно узкоспециализированное, но имеющее свою нишу, где оно может заменить обычные stepdown преобразователи, попутно обеспечив большую сохранность вашей нагрузки даже если выйдет из строя.

Покупался он в том же магазина не Таобао, что и предыдущие, мощностью 50 Ватт, стоит чуть дешевле, но имеет почти в три раза меньшую мощность.
Упаковка посредника в виде обычного пакета, собственной упаковки преобразователь не имеет, просто вставлен в кусочек вспененного полиэтилена. Размер реально мелкий, да и весит всего 8 грамм, потому его как и предыдущие удобно докидывать в посылку, особенно если у посредника есть особенности по весу посылок.

Преобразователь в сравнении с предыдущими, на самом деле он не сильно и меньше.

В описании заявлен производитель — Lineage power, модель — SW001A2B91Z, но по этому обозначению я нашел только такой даташит, собственно без разницы, так как речь идет о том же модуле.
Общая информация.

Выпускается в четырех вариантах выходного напряжения, 3.3, 5, 12 и 15 Вольт, у продавца были только на 12, но мне они собственно и были нужны, хотя как вариант, устроил бы и на 15.
Уже потом обратил внимание на строку — External capacitance, 1000мкФ для 3.3 и 5 Вольт версий и 220мкФ для 12 и 15 Вольт, в моих тестах нагрузка и осциллограф подключались просто к плате без дополнительных конденсаторов, что конечно немного ухудшило результаты тестов.

Информация о предельных режимах, а также напряжении изоляции вход/выход и ресурсе, который заявлен как 8200000 часов при 80% нагрузки и 25 градусах с небольшим обдувом.

Что это я даташиты и даташиты, надо и на сам модуль хоть посмотреть более внимательно 🙂
Немного пыльный, компактный, внешне аккуратный. Также на плате по вторичной стороне стоит еще какой-то мелкий трансформатор.

Существует две модификации модуля, с выводами и под поверхностный монтаж, как вы понимаете, у меня первый вариант. Любопытно что второй тип модулей идет в ленте по типу обычных резисторов и микросхем.

Кроме того опционально модули поддерживают управление включением и коррекцию выходного напряжения.
Средний контакт по входу при подаче нуля включает модуль, есть версия с управлением единицей. Напряжение на этом контакте около 9 Вольт, ток КЗ 25-27мА.
Выход можно регулировать в диапазоне 90-110%, по сути просто небольшая корректировка, 11.8-13.2 Вольта.

Назначение контактов и габаритные размеры модуля. Меня всегда в фирменных даташитах радовало то, что дается максимум информации.

Вид сверху

Вид снизу, вверху виден оптрон обратной связи. Вообще по сути это миниатюрный блок питания, только на более низкое входное напряжение и без диодного моста на входе.

Как и у всех предыдущих преобразователей, здесь также применен печатный трансформатор, т.е. обмотки сформированы дорожками на многослойной плате, отчасти потому она такая толстая.

Как обычно, тесты.
Потребление при напряжении 36 и 62 Вольта в дежурном режиме и активном без нагрузки.
В активном режиме потребление довольно приличное, но вылез интересный момент, через 10-20 секунд ток потребления падает примерно на треть, т.е. было 30мА, стало 20.

Запускается модуль при 33 Вольта. При 36 обеспечивает на выходе 1.5 Ампера при заявленных 1.25, при 1.6 Ампера напряжение начинает падать.

При входном 62 Вольта без проблем выдал ток 1.6 Ампера, больше не нагружал. Вообще точность поддержания напряжения на 5 баллов, преобразователь держит стабильно напряжение во всем диапазоне нагрузок.

Пульсации на выходе при напряжении 36 Вольт и в режиме — без нагрузки, 33%, 66%, 100%.
Режим — 50мВ/дел, 20 МГц ограничение, щуп включен с фильтром из конденсаторов 0.1мкФ и 1мкФ.

Все то же самое, но входное напряжение 62 Вольта.

А это маленькое пояснение, почему я подключил щуп с двумя конденсаторами, как делал раньше, а не просто к выходу.
Слева вариант с фильтром, входное 62 Вольта, нагрузка 66 и 100%, справа без фильтра.
Так как осциллограф имеет питание от той же сети, то на вход ему лезет все что угодно, попутно к полезному сигналу и я к этому никак не привыкну, видимо придется делать ему все таки гальваническую развязку по питанию.
После моего мелкого DS203 измерять действительно неудобно, потому как есть и так сложная цепь — блок питания, электронная нагрузка, компьютер и у каждого свой импульсный блок питания и ко всему этому добавляется еще и блок питания осциллографа.

Теперь немного о КПД, ниже несколько фото, напряжение 36 и 62 Вольта, ток нагрузки 0.2, 0.6 и 1.25 Ампера, соответственно мощность по выходу 2.4, 7.2 и 15 Ватт. Конечно блок питания не является измерительным прибором, но я специально проверил, разница в установке тока с моим мультиметром составила около 1-3 мА, так что думаю можно ею пренебречь и смотреть на данные с ваттметра блока питания.

А теперь все то же самое, только немного больше и в виде таблицы.
Получается, что при низком входном КПД выше при малых нагрузках, при высоком, уже при близких к максимальным, но в среднем держится на уровне около 90% заметно снижаясь только при малых нагрузках, потому в таком режиме использовать его не очень выгодно.

Пара термограмм, сначала я минут 20 гонял его без нагрузки, при этом нагрев составил около 55 градусов, затем нагрузил на заявленные 15 Ватт и погонял еще 10 минут, температура поднялась до 72 градусов. В обоих случаях самым горячим компонентом был магнитопровод трансформатора. Входное напряжение было 48 Вольт.
Собственно здесь можно сказать, что можно эксплуатировать в полном диапазоне мощностей не особо заботясь о охлаждении, хотя конечно если запихнуть его в мелкую закрытую коробочку, то скорее всего перегреется.

У продавца на странице предлагается вариант с корпусом, правда на этикетке указано 12 Вольт 2 Ампера при входном 15-50 Вольт, думаю фото от другой модели.

Хотя при этом внутри стоит такая же плата как в обзоре. Но в любом случае как по мне, то тянуть с Тао еще и корпус, который существенно больше преобразователя, а еще и добавляет вес, как-то совсем невыгодно.

Групповое фото для сравнения, здесь и мощные модели и обозреваемая крошка.

По итогам тестов могу сказать только то, что преобразователь понравился и я уже знаю куда его применю, в новый регулируемый блок питания, которому надо гальванически отвязанные 12 Вольт с мощностью порядка 5-7 Ватт при питании от основного блока с напряжением порядка 36-40 Вольт.
Кроме того жалею что купил всего один, надо было хотя бы штуки три, пусть лежат, вдруг пригодятся.

На этом у меня все, надеюсь что информация была полезной.

Мелкие преобразователи напряжения мощностью до 50 Ватт с гальванической развязкой
Не так давно получил я очередную посылочку с Тао и потихоньку начинаю публиковать обзоры товаров, которые пришли в ней. Начну с мелких плат преобразователей, тем более меня про них спрашивали.
В данном обзоре речь пойдет о платах со входным напряжением 36-75 Вольт и мощностью до 50 Ватт.

Я относительно недавно выкладывал обзор трех плат преобразователей с теми же входными параметрами — 36-75 Вольт, т.н. называемое дистрибьюторское питание. Это когда есть очень мощный блок питания, часто в 48-60 Вольт, а все вторичные напряжения получаются уже от него при помощи мелких преобразователей. Также подобные напряжения используются в разном электротранспорте.
В тот раз были мощные модели, позволяющие работать при мощностях порядка 200-300 Ватт, здесь же более простой вариант, всего до 50 Ватт. Но кстати, те решения были дешевле, но при заказе с Тао, из-за большего веса они скорее всего вышли бы примерно столько же.

Конечно предвижу вопрос, а вот мы видели обзоры плат преобразователей в несколько раз дешевле, на примерно 25-50 Ватт, почему здесь так дорого?
Все просто, данные платы имеют гальваническую развязку и по сути представляют из себя мелкие блоки питания, но на более низкой входное напряжение. Из-за наличия гальванической развязки их выходы можно без проблем соединять последовательно для получения других напряжений или двухполярного питания. Но на мой взгляд самое важное то, что шанс выхода из строя при выгорании платы здесь примерно на пару порядков ниже чем при использовании обычных DC-DC Stepdown, а согласитесь, это все таки стоит своих денег.

Преобразователей я заказывал много и разных, но сегодня пойдет речь о двух, купленных у одного продавца. Вообще у него было три варианта:
3.3 Вольта 15 Ампер
5 Вольт 10 Ампер
12 Вольт 4.1 Ампера

3.3 Вольта с таким током я даже не знаю куда применить в хозяйстве, а вот 5 и 12 куда ближе к обычному потребителю и заказал я именно эту парочку. Разделяются в магазине они цветом соответственно списку выше- Синий, Зеленый, Красный. Впрочем они даже внешне имеют почти те же цвета, хотя как по мне, то 12 Вольт плата больше желтая, чем красная.

Упаковано от посредника было в привычный пакет, сам преобразователи воткнули в кусочек вспененного полиэтилена.
Первое что думаешь, когда их видишь — какие они мелкие, размер примерно 0.5 от стандартного спичечного коробка.

Произведены платы компанией ROAL Electronics, 12 Вольт модуль имеет маркировку — mod 223E, а 5 Вольт — mod 223.
Фирма такая действительно существует, занимается различными интересными, но узкоспециализированными блоками питания, а также… светодиодными драйверами. К сожалению мне не удалось найти даташит на данную серию модулей, да впрочем и на другие серии с описанием также проблемы.
Год выпуска предположительно 2007 и 2004.

Отличия между платами минимальны и заметны в основном только сверху, да и то, только во вторичной части. Причем отличия между моделями на 3.3 и 5 Вольт вообще сведены почти к нулю, но этого модуля у меня нет.

Даже весят они почти одинаково и не очень много, что критично для заказов с ТаоБао.

Несколько фото с разных ракурсов. Видны мелкие вспомогательные трансформаторы.

Силовые клеммы, расположенные со стороны выхода, имеют заметно больший диаметр, а сами преобразователи рассчитаны на установку в специальные панели для оперативной замены.

Как и в прошлый раз применен планарный трансформатор, обмотки которого сформированы при помощи многослойной печатной платы, я о них немного подробнее рассказывал в предыдущем обзоре.

Что любопытно, хоть модули и имеют гальваническую развязку, но привычного оптрона обратной связи у них нет, зато есть два трансформатора и могу предположить, что все управление идет от вторичной стороны через них. У каждого трансформатора по 6 выводов, на вид полностью идентичны.

На вид платы выглядят немного потертыми, также на фланцах силовых транзисторов есть некие небольшие окислы, возможно лежали хоть и в упаковках, но на открытом воздухе.
1. Первичная и вторичная стороны 12 Вольт платы
2. Тоже, но 5 Вольт.

Ну не буду тянуть, перейду к тестам. Как и в прошлый раз платы имеют контакт управления, для запуска надо соединить его с минусовым контактом входа, т.е. запуск платы производится активным нулем, напряжение на этом контакте около 8 Вольт.

И как с большими платами видим ту же проблему, или «особенность», большой ток потребления без нагрузки.

Плата 12 Вольт. Вверху ток потребления в «спящем» режиме, внизу с активным выходом, входное напряжение соответственно 36 и 62 Вольта.
Если в дежурном режиме еще все более-менее неплохо, то 1.5-1.8 Ватта в рабочем, как-то многовато.

Следующие тесты проходили с мощным блоком питания, осциллографом и электронной нагрузкой, мультиметр я решил в этот раз не использовать. Платка на фоне всего этого смотрится совсем микроскопической. 🙂

Стартует преобразователь при напряжении 33 Вольта, без нагрузки отключается при снижении до 30 Вольт. Рабочий лиапазон заявлен от 36 Вольт, но при 33 способен тянуть полную нагрузку, но примерно после 60% начинает немного снижаться напряжение.
На фото видно, что после запуска заметно шумит по выходу и это явно не мой блок питания, потому как до запуска все тихо.

Нагрузочная характеристика при входном напряжении 36 Вольт.

То же самое при входном 62 Вольта, напряжение держит идеально, при токе нагрузки 100мА выходное 11.878 Вольта, при 4.5 Ампера (перегрузка 10%) 11.85 В.

А вот с пульсациями по выходу картина заметно хуже, все показанные далее осциллограммы снимались в трех точках — без нагрузки, 33%, 66%, 100% нагрузки. У осциллографа было включено ограничение полосы 20 МГц, щуп в положении 1:10 и включена соответствующая коррекция.
Входное 36 Вольт, на последнем скриншоте мне даже пришлось увеличить В/дел, иначе осциллограмма просто не влазила на экран.
Итого:
Без нагрузки — 450мВ р-р
33% — 900мВ р-р
66% — 1.4 В р-р
100% — 1.5 В р-р

При входном 62 Вольта ситуация немного лучше, все скриншоты сделаны в режиме 200мВ/дел.

Нагрев, вот здесь картина более интересна. Дело в том, что на странице магазина указано что без охлаждения максимум 15 Ватт и сделан очень тонкий намек — есть модули которые просто имеют ту же мощность, предположу что подтекстом идет — купите модули, которые дешевле и которые дадут те же 15 Ватт и которых скорее всего у продавца больше 🙂

Тест проходил на уже разогретом модуле, после части тестов. Сначала нагрузил на 15 Ватт, потом подождал минут 10 и проверил температуру еще раз, максимум 60 градусов.

Ладно думаю, а если больше?
Нагрузил на 25 Ватт, через 8 минут 72 градуса, мне это понравилось и я поднял мощность нагрузки до 35 Ватт, вот здесь он и начал нагреваться уже заметно, до 97 градусов. Но все это без дополнительного охлаждения.

А что же с КПД, сначала в виде простенькой таблички по четырем ключевым точкам — 25, 50, 75 и 100% нагрузки:
36 Вольт входное
25% — 88,6%
50% — 91,6%
75% — 91,3%
100% — 90,0%

62 Вольта входное
25% — 86,5%
50% — 89,8%
75% — 90,1%
100% — 89,1%

Видно что при низком входном КПД чуть выше. Ну и несколько фото в крайних ключевых точках.

Плата 5 Вольт. Все тесты идентичны предыдущим только с поправкой на ток нагрузки.
Потребление при разном входном напряжении в дежурном режиме и рабочем без нагрузки.

Стабильность выходного напряжения просто отличная что при 36 Вольт входного, что при 62.

Пульсации, здесь я потихоньку привыкаю к новому осциллографу и надеюсь что так осциллограмма смотрится более понятно.
Но вот сами пульсации конечно большие, и составляют.
Для 36 Вольт входного:
Без нагрузки — 800мВ р-р
33% — 850мВ р-р
66% — 1.2 В р-р
100% — 1.4 В р-р

При 62 Вольта входного картина стала еще хуже, хотя у предыдущего преобразователя было все наоборот. Первые три скриншота 200мВ/дел, четвертый 500мВ/дел.

Входное напряжение в тесте было 48 Вольт.
При нагрузке мощностью 15 Ватт (ток 3 Ампера) температура те же 60 градусов.

А при мощности 25 Ватт и 35 выше на пару градусов чем у 12 Вольт версии.

И конечно измерение КПД.
36 Вольт входное
25% — 89,3%
50% — 91,3%
75% — 90,7%
100% — 89,2%

62 Вольта входное
25% — 87,8%
50% — 90,4%
75% — 89,5%
100% — 88,6%

В среднем примерно одно и то же, чуть лучше в одном режиме, чуть хуже в другом, но обратите внимание, в диапазоне нагрузок 2.5-10 Ампер и диапазоне входного 36-62 Вольта выходное напряжение стоит как вкопанное.

И как тут без группового фото в сравнении с более мощными «собратьями» 🙂

А это блок питания, предназначенный питать такие и подобные модули, мощность до 2000 Ватт, напряжение 48 Вольт. Отдельное спасибо одному из моих постоянных читателей за такой подарок 🙂

Что же написать в выводах. Для начала оба преобразователя работают, уже хорошо. При этом они обеспечивают без дополнительного охлаждения до 25 Ватт, а при небольшом обдуве до 35 Ватт, полную мощность длительно можно снимать уже при нормальном охлаждении. Кратковременно легко отдают свои 50 Ватт с очень хорошей стабильностью выходного напряжения при входном от 36 до 62 Вольта точно.
Единственное нарекание — пульсации напряжения на выходе, они реально большие и использовать без дополнительного LC фильтра по выходу я бы не стал, по крайней мере для более-менее чувствительных нагрузок.
Преимущество подобных преобразователей в полной гальванической развязке и более высокой безопасности для нагрузки, которую они питают.

В остальном весьма полезная штучка, если покупать на Тао, то выгодно либо докидывать к какому-то заказу, либо покупать сразу много, тогда цена получится очень даже неплохой, благо весят они очень мало, на килограмм получается около 70 штук, а значит даже при доставке $20 за кг получается $4.5 за штучку.

Методы гальванической развязки для электромобилей

Высокие напряжения и большие токи, циркулирующие в электромобилях, делают основы методов электроизоляции важной темой.

Ross Sabolcik , Silicon Labs

Автомобильные конструкции

AS стремятся к электрификации, силовая электроника высокой мощности становится критически важной для новых электронных трансмиссий и аккумуляторных систем. В этих приложениях цифровые контроллеры надежно взаимодействуют с высоковольтными системами современных электромобилей благодаря гальванической развязке.Гальваническая развязка имеет решающее значение для работы этих цепей, поэтому может быть полезно рассмотреть основы электрической изоляции и то, как современная автомобильная электроника реализует ее.

EV charging

Структурная схема типичной бортовой системы зарядки, включая компоненты гальванической развязки.

Гальваническая развязка относится к средствам предотвращения протекания тока между двумя частями электрической системы. Ключевая черта гальванической развязки, по сравнению с омической изоляцией, заключается в том, что она не имеет прямого пути проводимости между двумя цепями.Другими словами, цепь выходной мощности электрически и физически изолирована от цепи входной мощности. Но гальваническая развязка все еще позволяет другим источникам обмениваться энергией или информацией.

EV subsystems

Типичные подсистемы, которые составляют EV.

Существует две основные причины, по которым может потребоваться гальваническая развязка. Во-первых, электрическое заземление двух электрических систем может иметь разные потенциалы. При отсутствии гальванической развязки между двумя устройствами, имеющими общий заземляющий провод, может протекать ток контура заземления.Токи контура заземления представляют собой электрические помехи, которые могут мешать работе любой цепи. Кроме того, если разность потенциалов заземления достаточно велика, результирующий ток контура заземления может представлять проблему безопасности.

Таким образом, второй причиной гальванической развязки является безопасная эксплуатация. Безопасность является основной причиной гальванической развязки в автомобильной электронике. Электромобили и гибридные электромобили (HEV) характеризуются высоковольтной схемой, несущей смертельные токи.Высоковольтные секции находятся под контролем цифровой электроники, использующей токи миллиамперного уровня. Гальваническая развязка, по сравнению с другими типами развязки, является более надежным способом предотвращения сбоев в ступенях питания от повреждения управляющей электроники, которая их эксплуатирует.

Высоковольтные цепи в электромобилях

Полезно рассмотреть мощные цепи, обнаруженные в электромобилях и электромобилях. Оба типа транспортных средств обычно используют 48-вольтовые системы и аккумуляторы с высокой плотностью накопления энергии и способностью заряжаться в считанные минуты, а не часы.Кроме того, система управления батареями и связанная с ней система преобразования энергии должны быть небольшими и легкими, и они должны «пропускать» ток батареи. Современные конструкции EV / HEV используют модульные компоненты в трансмиссии и системах накопления / преобразования энергии. Системы управления батареями EV / HEV обычно включают в себя пять основных сборочных схем:

galvanic comm interface

Как может работать полупроводниковая гальваническая развязка в интерфейсе связи для системы управления батареями. Домен высокого напряжения является стороной с аккумуляторной батареей.Область низкого напряжения является стороной с трансивером CAN. Этот пример фокусируется на интерфейсе шины CAN. Реальные системы обычно имеют дополнительную изоляцию между микроконтроллером и аккумулятором.

Бортовое зарядное устройство (OBC): литий-ионные аккумуляторы заряжаются от встроенного зарядного устройства, состоящего из преобразователя переменного тока в постоянный с коррекцией коэффициента мощности, которая контролируется системой управления батареями.

Система управления батареями (BMS): BMS контролирует и управляет зарядкой и разрядкой элементов батареи, обеспечивая высокую эффективность и безопасность.В частности, BMS контролирует зарядку, состояние здоровья, глубину разряда и кондиционирование отдельных элементов батареи.

digital isolation

Как могут работать различные устройства цифровой изоляции в упрощенной системе управления тяговым двигателем.

DC / DC преобразователь: DC / DC преобразователь соединяет высоковольтную батарею с внутренней 12-вольтовой сетью постоянного тока, которая также питает аксессуары и обеспечивает смещение для локальных переключающих преобразователей.

Главный инвертор: Главный инвертор приводит в движение электродвигатель, а также используется для рекуперативного торможения и возврата неиспользованной энергии в батарею.

Высокопроизводительная изоляция защищает цифровые контроллеры на транспортном средстве от напряжений, которые могут превышать 300 В. Высоковольтные подсистемы, такие как OBC, обычно управляются через шину CAN, которая также должна быть изолирована.

Низковольтные контроллеры в EV связываются с высоковольтными подсистемами через соединения, которые часто бывают шумными из-за близости к высоким токам и электрического переключения. Кроме того, низковольтные контроллеры должны оставаться изолированными от высоковольтных силовых транзисторов, которыми они управляют, а также измерять токи или напряжения в других высоковольтных секциях системы.Системы вне электромобиля, такие как электрические зарядные устройства, имеют сходные системные требования и потребности в изоляции.

isolation components

Компоненты изоляции, часто используемые для обеспечения связи и контроля в системах EV.

В электрических транспортных средствах может использоваться несколько типов технологии изоляции, включая изолирующие трансформаторы, оптопары, конденсаторные полупроводниковые изоляторы и трансформаторные полупроводниковые изоляторы. Изоляционные трансформаторы используют магнитные поля для связи через изолирующий барьер с диэлектрической изоляцией между обмотками и магнитным сердечником, обеспечивающим изолирующий барьер.Оптопары используют светодиод и оптодетектор для связи через изолирующий барьер. Воздушная щель между светодиодом и фотоприемником обычно недостаточно широка, чтобы выдержать требуемое напряжение изоляции. В результате между устройствами в оптопаре вставляется диэлектрическая лента для повышения степени изоляции.

В полупроводниковой изоляции в качестве компонента изоляции используется либо пара дифференциальных конденсаторов, либо трансформатор на основе MEMS. В этих устройствах сигнал пропускается через барьер для передачи информации.В конденсаторных изоляторах диоксид кремния обычно используется в качестве диэлектрика. Полиимидный слой используется в трансформаторных системах. Изолирующий канал состоит из передатчика и приемника, разделенных этим изолирующим барьером на основе полупроводника. Модуляция может основываться либо на РЧ несущей с включенным-выключенным ключом, либо на основе схемы обнаружения на основе фронта. Приемник содержит демодулятор, который декодирует входное состояние в соответствии с его радиочастотным содержанием.

Схема РЧ-включения / выключения обеспечивает превосходную помехоустойчивость по сравнению со схемами на границе, но с компромиссом более высокого энергопотребления.По сравнению с оптопарами изоляторы на основе полупроводников обладают многочисленными преимуществами, включая более длительный срок службы, значительно лучшую стабильность при температуре и старении, более быстрое переключение и гораздо более высокую помехоустойчивость.

Полупроводниковая изоляция особенно полезна, поскольку автомобильные поставщики ориентированы на мощные транзисторы с запрещенной зоной на основе нитрида галлия (GaN) или карбида кремния (SiC). Системы GaN или SiC часто используют более высокие скорости переключения, чтобы уменьшить размер магнитов системы, что может привести к значительному увеличению электрических помех.Полупроводниковая изоляция может справиться с этими более высокими скоростями и более шумными средами.

Уменьшение размеров и увеличение удельной мощности автомобильной электроники приведет к повышению рабочей температуры, что может привести к нагрузке оптопар и снижению их производительности. Изоляция на основе полупроводников имеет значительно лучшую надежность в этих более высоких температурных диапазонах, что делает их хорошим выбором для электромобилей.

Внутри OBC и BMS

Может быть полезно рассмотреть применения в электронике EV и HEV, где может быть полезна гальваническая развязка на основе радиочастотных методов.Одна область в системе OBC отвечает за преобразование стандартного источника зарядки переменного тока в напряжение постоянного тока, которое заряжает аккумуляторную батарею автомобиля. Кроме того, OBC выполняет другие ключевые функции, такие как контроль напряжения и защита.

Система OBC берет источник переменного тока, преобразует его в высоковольтное напряжение шины постоянного тока с помощью двухполупериодного выпрямителя и обеспечивает коррекцию коэффициента мощности (PFC). Результирующий сигнал постоянного тока нарезается на переключенную прямоугольную волну, которая приводит в действие трансформатор для создания требуемого выходного напряжения постоянного тока.Прерывание входного сигнала происходит с использованием драйверов с изолированным затвором, таких как устройство Si8239x от Silicon Labs.

Выходное напряжение может быть отфильтровано до конечного напряжения постоянного тока с использованием полевых транзисторов с синхронизацией по полю (FET) под управлением драйверов с изолированным затвором. Выходное напряжение можно контролировать для обеспечения обратной связи по замкнутому контуру с системным контроллером, используя изолированные аналоговые датчики, такие как устройство Si892x от Silicon Labs.

Вся система может контролироваться и управляться через изолированную шину CAN.Шина CAN изолирована цифровыми изоляторами со встроенными преобразователями постоянного тока, такими как изоляторы Silicon Labs Si86xx и Si88xx.

Обзор упрощенной системы BMS также подчеркивает важность изоляции сигнала и питания. В большинстве подсистем EV, шина CAN изолирована от высокого напряжения в этой подсистеме посредством цифровой изоляции. Современная цифровая изоляция требует источника питания на обеих сторонах изолятора (область высокого напряжения и область низкого напряжения). Этот источник питания также можно использовать для питания других устройств, подключенных к разъединителю, таких как приемопередатчик шины CAN.

Изоляция в системах тяговых двигателей

Несколько критически изолированных компонентов работают в системе привода тягового двигателя. Тяговый двигатель в большинстве электромобилей будет асинхронным двигателем переменного тока. Для приведения в действие двигателя контроллер тягового двигателя должен синтезировать переменную форму волны переменного тока из высоковольтной шины постоянного тока от аккумуляторной батареи.

Для этих систем требуются изолированные драйверы между контроллером двигателя и силовыми транзисторами. Изоляция позволяет низковольтному контроллеру безопасно переключать мощные транзисторы для создания формы волны переменного тока.Кроме того, в системе управления двигателем, скорее всего, есть изолированная шина CAN и некоторый метод определения тока, подаваемого на двигатель, для контроля и управления скоростью и крутящим моментом.

Автомобильная электроника должна соответствовать более строгим стандартам тестирования и качества, чем для промышленных устройств. Большинству автомобильных заказчиков требуется более строгая квалификация AECQ-100, соответствие требованиям аудита ISO / TS16949, расширенные диапазоны рабочих температур (от -40 до + 125 ° C) и чрезвычайно низкий уровень дефектности.

Эти повышенные требования означают, что поставщики автомобильной электроники должны предпринять дополнительные шаги для обеспечения соответствия своих компонентов. Требуется дополнительный контроль качества на заводской подложке, упаковке устройства и окончательной сборке. Истинные устройства автомобильного класса должны поддерживаться системами качества и документацией, такими как Процесс утверждения производства деталей (PPAP), Международные системы данных о материалах (IMDS) и Китайские системы данных о материалах для автомобилей (CAMDS).

В целом, постоянно растущая плотность мощности в подсистемах EV создает сложные условия для тепловых и электрических помех.Полупроводниковая изоляция предлагает значительные преимущества по сравнению с устаревшими решениями для оптопар. Автомобильные клиенты требуют более широких рабочих температур, более высокого качества и более строгой документации и систем, чем промышленные клиенты. Поставщики электроники, которые могут удовлетворить все эти требования, готовы ехать на грядущей волне.

,
Гальваническая развязка - изоляция сигналов и изоляция питания

Средняя домашняя микроволновая печь, работающая при переменном напряжении 110/220 В, может вырабатывать в ней до 2800 В, что опасно смертельно. Кроме того, он также имеет более низкое напряжение переменного тока около 3,5 В для освещения нити накала и регулируемое напряжение постоянного тока, например, 5 В / 3,3 В, для работы цифровой электроники, например дисплея или таймеров. Задумывались ли вы, что мешает этим высоким напряжениям достигать ваших пальцев через кнопки или корпус, когда вы касаетесь духовки? Ответ на ваш вопрос «изоляция» .При разработке электронных изделий, в которых используется более одного типа сигнала или более одного рабочего напряжения, используется изоляция, чтобы один сигнал не мешал другому. Он также играет жизненно важную роль в обеспечении безопасности, предотвращая неисправности в продуктах промышленного класса. Эта изоляция обычно называется Гальваническая развязка . Почему термин «гальванический»? Это потому, что гальванический представляет ток, производимый в результате какого-то химического воздействия, и поскольку мы изолируем этот ток путем разрыва контакта проводника, он называется гальванической развязкой.

Существует несколько типов методов гальванической развязки , и выбор правильной технологии зависит от типа изоляции, выдерживаемой емкости, требований к применению и, очевидно, также имеет место фактор стоимости. В этой статье мы узнаем о различных типах изоляции, как они работают и где их использовать в наших проектах.

Типы гальванической развязки

  • Изоляция сигнала
  • Изоляция уровня мощности
  • Конденсаторы
  • как изолятор

Изоляция сигнала

Изоляция уровня сигнала требуется, когда две цепи разной природы обмениваются данными друг с другом с использованием сигнала определенного типа.Например, две цепи используют независимый источник питания и работают с разными уровнями напряжения. В таких случаях для изоляции отдельного заземления двух независимых источников питания и для связи между этими двумя цепями требуется изоляция уровня сигнала.

Изоляция сигнала осуществляется с использованием различных типов изоляторов. Оптические и электромагнитные изоляторы в основном используются для изоляции сигналов. Оба этих изолятора защищают разные источники земли от объединения.Каждый изолятор имеет свой уникальный принцип действия и применение, которые обсуждаются ниже.

1. Оптико-изоляторы

Оптический изолятор использует источники света для связи между двумя независимыми цепями . Как правило, оптические изоляторы a.k.a Optocoupler имеют два компонента внутри одного кремниевого чипа, светодиод и фототранзистор. Светодиод управляется одной цепью, а сторона транзистора соединена с другой цепью.Следовательно, светодиод и транзистор не связаны электрически. Связь осуществляется только с помощью света, оптически.

Optical Isolators

Посмотрите на изображение выше. Популярный оптоизолятор PC817 изолирует две независимые цепи. Схема 1 - это источник питания с переключателем, схема 2 - выход логического уровня, подключенный к другому источнику питания 5 В. Логическое состояние контролируется левой цепью. Когда переключатель замкнут, светодиод внутри оптопары загорается и включает транзистор.Логическое состояние будет изменено с высокого на низкий.

Цепь 1 и цепь 2 изолированы с использованием вышеуказанной схемы. Гальваническая развязка очень полезна для вышеуказанной цепи. Есть несколько ситуаций, когда высокий потенциальный шум от земли индуцируется в земле с низким потенциалом и создает контур заземления, который дополнительно ответственен за неточные измерения. Как и в PC817, существует множество типов оптопар для различных приложений.

2.Электромагнитные изоляторы

Оптоизоляторы

полезны для изоляции сигнала постоянного тока , но электромагнитные изоляторы, такие как небольшие сигнальные трансформаторы , полезны для изоляции сигнала переменного тока . Трансформаторы, такие как аудио трансформатор, имеют свою первичную и вторичную стороны изолированными, что может быть использовано для разной изоляции аудиосигнала . Другое наиболее распространенное использование - в сетевом оборудовании или в разделе Ethernet. Импульсные трансформаторы используются для изоляции внешней проводки с помощью внутреннего оборудования.Даже в телефонных линиях используются трансформаторы на основе изоляторов. Но поскольку трансформаторы изолированы электромагнитным способом, он работает только с переменным током.

Electromagnetic Isolators

На рисунке выше показана внутренняя схема гнезда RJ45 со встроенным импульсным трансформатором для изоляции участка микроконтроллера с выходом.

Изоляция уровня мощности

Изоляция уровня мощности необходима, чтобы изолировал малочувствительные устройства от высокопроизводительных шумных линий или наоборот.Кроме того, изоляция уровня мощности обеспечивает надлежащую безопасность от опасного напряжения сети , изолируя линии высокого напряжения от оператора и других частей системы.

1. Трансформатор

Популярный изолятор уровня мощности снова является трансформатором. Существуют огромные области применения трансформаторов, наиболее распространенным из которых является обеспечение низкого напряжения от источника высокого напряжения. Трансформатор не имеет соединений между первичной и вторичной обмотками, но может снизить напряжение с высокого напряжения переменного тока до низкого напряжения переменного тока без потери гальванической развязки.

Transformer Power Level Isolation

На рисунке выше показан понижающий трансформатор в действии, когда вход первичной стороны подключен к настенной розетке, а вторичный - через резистивную нагрузку. Собственный изолирующий трансформатор имеет отношение витков 1: 1 и не изменяет уровень напряжения или тока с обеих сторон. Единственная цель изолирующего трансформатора - обеспечить изоляцию.

2. Реле

Реле

- это популярный изолятор с огромным применением в области электроники и электрики.Существует много различных типов реле, доступных на рынке электроники, в зависимости от применения. Популярными типами являются электромагнитные реле и твердотельные реле.

Электромагнитное реле работает с электромагнитными и механически подвижными частями, часто называемыми полюсами. Он содержит электромагнит, который перемещает полюс и завершает цепь. Реле создает изоляцию, когда необходимо управлять цепями высокого напряжения от цепей низкого напряжения или наоборот. В такой ситуации обе цепи изолированы, но одна цепь может включить реле для управления другой.

Relay Power Level Isolation

На изображении выше две цепи электрически не зависят друг от друга. Но с помощью переключателя в цепи-1 пользователь может контролировать состояние нагрузки в цепи 2. Узнайте больше о том, как реле может использоваться в цепи.

С точки зрения работы между твердотельным реле и электромеханическим реле нет большой разницы в . Твердотельные реле работают точно так же, но электромеханическая часть заменена оптически управляемым диодом.Гальваническая развязка может создаваться из-за отсутствия прямой связи между входом и выходом твердотельных реле.

3. Датчики с эффектом Холла

Излишне говорить, что измерение тока является частью электротехники и электроники. Существуют различные типы методов измерения тока. Часто измерения требуются для трактов высокого напряжения и высокого тока, и считанные значения должны быть отправлены в цепь низкого напряжения, которая является частью измерительной цепи.Также с точки зрения пользователя, инвазивное измерение опасно и невозможно осуществить. Датчики Холла обеспечивают точное измерение бесконтактного тока и помогают измерять ток, протекающий через проводник неинвазивным способом. Это обеспечивает надлежащую изоляцию и обеспечивает безопасность от опасного электричества. Датчик Холла использует электромагнитное поле, создаваемое через проводник, для оценки тока, протекающего через него.

Hall-effect Power Level Isolation

Кольцо с сердечником неинвазивно зацепляется за проводник и электрически изолировано, как показано на рисунке выше.

Конденсаторы как изолятор

Наименее популярным методом изоляции цепей является использование конденсаторов. Из-за неэффективности и опасных последствий отказов это больше не является предпочтительным, но все же известно, что это может пригодиться, если вы хотите построить грубый изолятор. Конденсаторы блокируют постоянный ток и позволяют передавать высокочастотный сигнал переменного тока. Благодаря этому превосходному свойству конденсатор используется в качестве изоляторов в конструкциях, где необходимо блокировать постоянные токи двух цепей, но при этом разрешать передачу данных.

Capacitors as an Isolator

На изображении выше показано, что конденсаторы используются в целях изоляции. Передатчик и приемник оба изолированы, но передача данных может быть выполнена.

Гальваническая развязка - Применения

Гальваническая развязка очень важна, а применение огромно. Это важный параметр в потребительских товарах, а также в промышленном, медицинском и коммуникационном секторах. На рынке промышленной электроники требуется гальваническая развязка для систем распределения электроэнергии, генераторов энергии, измерительных систем, контроллеров двигателей, логических устройств ввода-вывода и т. Д.

В медицинском секторе изоляция является одним из главных приоритетов для оборудования, поскольку медицинские устройства могут быть напрямую связаны с телом пациента. Такими устройствами являются ЭКГ, эндоскопы, дефибрилляторы, различные виды устройств для визуализации. Системы связи на уровне потребителей также используют гальваническую развязку. Одним из распространенных примеров является Ethernet, маршрутизаторы, коммутаторы, телефонные коммутаторы и т. Д. Обычные потребительские товары, такие как зарядные устройства, SMPS, компьютерные логические платы, являются наиболее распространенными продуктами, которые используют гальваническую развязку.

Практический пример гальванической развязки

Приведенная ниже схема представляет собой типичную схему применения гальванически изолированной полнодуплексной ИС MAX14852 (для скорости передачи данных 500 кбит / с) или MAX14854 (для скорости передачи данных 25 Мбит / с) на линии связи RS-485 с блоком микроконтроллера. Микросхема изготовлена ​​популярной компанией-производителем полупроводников Maxim Integrated.

Practical Example of Galvanic isolation

Этот пример является одним из лучших примеров гальванической развязки на промышленном оборудовании.RS-485 - это широко используемый традиционный протокол связи, используемый в промышленном оборудовании. Широко используется RS-485 для использования протокола MODBUS в сегменте TTL.

Предположим, что высоковольтный трансформатор переменного тока предоставляет данные датчиков, которые установлены внутри трансформатора по протоколу RS-485. Для сбора данных с трансформатора необходимо подключить устройство ПЛК с портом RS-485. Но проблема в прямой линии связи. ПЛК использует очень низкий уровень напряжения и очень чувствителен к высоким ESD или скачкам напряжения.Если используется прямое соединение, ПЛК может быть подвержен высокому риску и должен быть гальванически изолирован.

Эти микросхемы очень полезны для защиты ПЛК от электростатического разряда или скачков напряжения.

Согласно данным, обе микросхемы имеют выдерживаемую емкость +/- 35 кВ ESD и выдерживают 2,75 кВрм напряжения изоляции до 60 секунд. Не только это, но и эти микросхемы также подтверждают рабочее напряжение изоляции 445 В, что делает его подходящим изолятором для использования в оборудовании промышленной автоматики.

,
BSC614-24 V - это двунаправленный преобразователь постоянного тока в постоянный с гальванической развязкой между цепью высокого и низкого напряжения.
Диапазон напряжения, ВН 220-450 В
Номинальное напряжение LV 28,0 В
Диапазон напряжения LV 16-32 В
постоянный ток LV 100 A
Макс.текущий LV 125 A
Режим постоянной мощности 2,8 кВт
Макс. Power Buck Mode 3,5 кВт
Эффективность 96,0%
Диапазон температуры окружающей среды в работе -40 до +85 ° C
Система охлаждения Жидкостное охлаждение
IP-защита IP65
Вес 4.8 кг
BSC614-24 V представляет собой двунаправленный преобразователь постоянного тока в постоянный с гальванической развязкой между цепью высокого и низкого напряжения. Это особенно подходит для использования в электрических, гибридных и топливных элементах транспортных средств. В режиме пониженного напряжения проводная система 24 В питается со стороны ВН с током до 125 А.Благодаря двунаправленности и универсальным возможностям конфигурации, BSC614-24 V имеет широкий спектр применения.

Двунаправленная операция предлагает дополнительные функции. В применениях с топливными элементами это позволяет запускать вспомогательные цепи топливных элементов на стороне высокого напряжения справа от системы питания 24 В. В режиме форсирования BSC614-24 V способен к аварийной перезарядке тягового аккумулятора через обычный кабель для запуска от внешнего источника.

BSC614-24 V находится на стадии A-образца .

  • Двунаправленная работа
  • Полностью гальваническая развязка между цепями ВН и НН
  • Резонансная топология обеспечивает очень низкие коммутационные потери и превосходное поведение по ЭМС
  • Очень высокая эффективность (96%)
  • Очень компактная и легкая конструкция
  • Предлагает инструмент PARAM широкие возможности конфигурации и функция диагностики
  • Шина CAN, управляемая по умолчанию
  • Опциональная работа без CAN (режим без CAN)
Устройство основано на каскаде трансформатора, работающем в последовательном резонансном режиме, с помощью которого осуществляется гальваническая развязка.Кроме того, с помощью двух понижающих / повышающих преобразователей, работающих в режиме с редуктором с целью уменьшения пульсаций, желаемое напряжение может быть установлено в соответствующем рабочем режиме. Благодаря резонансной топологии каскада трансформатора и автоматической коммутации понижающего / повышающего преобразователя потери могут быть ограничены до минимума, и могут быть достигнуты превосходные электромагнитные свойства. Во время разработки устройства компактная, виброустойчивая и легкая конструкция была выбрана в качестве приоритетной, чтобы ее можно было использовать практически во всех приложениях и местах установки.

Вы заинтересованы? Пожалуйста, напишите нам по адресу: [email protected] .

,
Преобразователи постоянного тока в постоянный - онлайн
Изолированные DC-DC преобразователи - онлайн | RS компоненты

Преобразователи постоянного тока в постоянный

Изолированные преобразователи постоянного тока в постоянный преобразуют источник постоянного тока (постоянного тока) из одного напряжения в другое и содержат электрический барьер между входом и выходом для повышения безопасности. Они подходят для различных областей применения, включая телекоммуникационное оборудование, промышленное оборудование и бытовую электронику.


Для чего используются изолированные преобразователи постоянного тока?

Изолированные преобразователи постоянного тока используются в оборудовании и устройства, содержащие разные схемы или подсхемы, где необходимо преобразовать напряжение источника постоянного тока с одного уровня на другой. Для преобразования переменного тока в постоянный, AC-DC конвертер .


Типы изолированных преобразователей постоянного тока

Изолированные преобразователи постоянного тока имеют широкий диапазон входных и выходных напряжений и различные варианты монтажа, такие как:

  • крепление на шасси
  • крепление на DIN-рейку
  • фланцевое крепление
  • крепление на печатную плату
  • Монтаж в стойку
  • Поверхностный монтаж
  • Сквозное отверстие

    Преимущества изолированных преобразователей постоянного тока: < ul>

  • Соответствует международным стандартам и правилам безопасности.
  • Электрическая изоляция обеспечивает дополнительную безопасность персонала в случае внутреннего сбоя.
  • Широкий диапазон преобразования напряжения с высокой эффективностью.

    Некоторые модели Железнодорожный и медицинский.

    Наш веб-сайт использует файлы cookie и аналогичные технологии, чтобы предоставить вам лучший сервис при поиске или размещении заказа, в аналитических целях и для персонализации нашей рекламы для вас.Вы можете изменить настройки файлов cookie, ознакомившись с нашей политикой использования файлов cookie. В противном случае мы будем считать, что вы согласны с использованием файлов cookie.

    ОК, я понимаю

    ,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о