DC/DC-преобразователи серии HTPS-15 с выходной мощностью 15 вт и диапазоном рабочих температур от -30 до 185 °с

10.10.2023 |

В статье приведены основные характеристи­ки DC/DC-преобразователей серии HTPS-15 производства компании Gaia Converter с выход­ной мощностью 15 Вт и одним выходным на­пряжением 3.3, 5, 9 или 15 В, главным отличием которых является широкий диапазон рабочих температур от -30 до 185 °С. Основное назначе­ние этих преобразователей — бурильное оборудо­вание в нефтегазовой промышленности.

Г. Местечкина

Примером постоянного расширения номен­клатуры производимых компанией Gaia Con­verter (Франция/Канада) изделий являются DC/DC-преобразователи серии HTPS-15, ил­люстрирующие желание и возможности этой компании удовлетворить растущие требова­ния заказчика не только к повышению пара­метров выпускаемых изделий, но и к ужесто­чению условий их эксплуатации. Причем, раз­работчики далеко не всегда ориентируются на большие объемы заказов на новые изделия, а исходят из их необходимости для решения ло­кальных задач, возникающих в области высо­ких технологий. Так, говоря о модулях DC/DC-преобразователей серии HTPS-15 (High Temperature Power Supply), следует поставить акценты на диапазоне рабочих температур этих устройств, верхняя граница которого до­ходит до 185 °С, а нижняя — до -30 °С. Причем, продолжительность работы модуля при 185 °С ограничивается 100 часами и с увеличением цикла его работы до 400 часов допустимая тем­пература корпуса снижается до 175 °С, а при работе в течение тысячи часов — до 150 °С.

Эти специфические преобразователи рас­считаны на применение при выполнении гео­дезических, нефтяных и газовых разведок, требующих проведения буровых работ и т.п. Эти модули работают на частоте преобразова­ния 220 кГц, отличаются высокой надеж­ностью, имеют низкий уровень шумов и пульсаций на выходе и характеризуются высокой удельной мощностью, в том числе благодаря высокому КПД (75%, типов.). Модули имеют выходную мощность 15 Вт, диапазон входного напряжения от 150 до 300 В и одно из выход­ных напряжений: 3.3, 5, 9 или 15 В с возмож­ностью его регулировки в пределах от -10 до +5% ином. В преобразователях предусмотрен режим внешней синхронизации, позволяю­щий использовать внешний генератор или синхронизировать работу нескольких модулей для снижения уровня помех и упрощения их фильтрации. Во всех модулях серии HTPS-15 имеются LC-фильтры как на входе (для сниже­ния скачков тока во входной цепи), так и на выходе (для снижения уровня пульсаций). В модуле обеспечивается режим «мягкого» старта, защита от понижения и повышения входного напряжения (с гистерезисом) и от продолжительного КЗ.

«Мягкий» старт позволяет ограничить уро­вень и исключить появление скачков входного тока при включении модуля.

Защита от КЗ обеспечивается при увеличе­нии тока нагрузки выше допустимого значе­ния, при этом модуль выключается, но его ра­ботоспособность восстанавливается автомати­чески после устранения причины, вызвавшей перегрузку по току.

Выходное напряжение каждого модуля можно регулировать, подключив к его выходу потенциометр, крайние выводы которого под­соединяются к выводам 6 (Go) и 8 (+Vo) преоб­разователя, а средний — к выводу 7 (Trim). Полное сопротивление потенциометра зависит от уровня выходного напряжения. Регулиров­ка может осуществляться дистанционно с ис­пользованием цифрового потенциометра. Включение и выключение преобразователей серии HTPS-15 также может выполняться дис­танционно через открытый коллектор тран­зистора, контакты реле или переключателя, подключенного к выводам 4 (SD) и 5 (G1) пре­образователя. Возможно включение/выклю- чение нескольких преобразователей одновре­менно (рис. 1) при параллельном соединении соответствующих выводов (4 и 5). Включение выполняется подачей логических уровней напряжения («0» — выкл. и «1» — вкл.). При ра­зомкнутом входе (вывод 4 ни к чему не под­ключен) преобразователь включен.

Для увеличения выходного напряжения возможно последовательное включение преоб­разователей серии HTPS-15. При этом компа­ния Gaia Converter рекомендует для защиты каждого из выходов подключить между выво­дами 6 и 8 диоды Шотки, как показано на рис. 2, для защиты от перегрузки по току при неправильной полярности подключения одно­го из преобразователей.

При разработке преобразователей серии HTPS-15 для изготовления платы использован полиамид, а выбор компонентов был сделан из устойчивых к воздействию высоких темпера­тур комплектующих изделий.

Рис. 1. Подключение преобразователей серии HTPS-15 при одновременном включении/выключении нескольких модулей

Рис. 2. Подключение преобразователей серии HTPS-15 при их последовательном соединении

 

Модули герметизированы с использовани­ем защитного компаунда и помещены в метал­лический корпус, рассчитанный на эксплуата­цию в жестких условиях окружающей среды при воздействии механических ударов и виб­раций.

При изготовлении модулей все они подвер­гаются жестким испытаниям, включая термо­циклирование преобразователя во включен­ном состоянии при изменении температуры внешней среды со скоростью 3-5 °С/мин в пре­делах от -30 до 185 °С в течение двух часов. Та­кая термотренировка, хотя и не исключает ве­роятность выхода преобразователя из строя при работе в широком диапазоне температур, но позволяет значительно снизить вероятность отказа.

 Высокая надежность преобразователей се­рии HTPS-15 обеспечивается также благодаря отсутствию в них, как и во всех DC/DC-преобразователях компании Gaia, оптоизоляторов, при этом в них обеспечивается высокая проч­ность изоляции между входом, выходом и кор­пусом.

Пример обозначения модуля: HTPS15RF

Число выходов, S – один Выходная мощность – 15 Вт Диапазон входных напряжений, R – (150-300 В)

Выходное напряжение, В: В – 3.3 В, С – 5 В, 9 – 9 В, F – 15 В

Важным достоинством преобразователей серии HTPS-15 является также отсутствие ограничений на снижение тока нагрузки вплоть до нуля.

Основные технические характеристики мо­дулей DC/DC-преобразователей серии HTPS-15 приведены в таблице.

Основные технические характеристики преобразователей серии HTPS-15

Наименование характеристики Значение Примечания, условия измерения
МИН. номин. макс.
Вход
Входное напряжение, В 150 200 300 Во всем диапазоне температур
Допустимый скачок UBx, В/с 330/0.1 При полной нагрузке
Защита от снижения UBx, В 140 Включение модуля
125 Выключение модуля
Защита от повышения UBX, В 315 Выключение модуля
Время готовности, мс 100 UBX, иВЫх ~ номин., полная нагцузка, резистивная
Величина вх. тока без нагрузки, мА 10 UBX. ном, 1нагр=0
Выход
Выходное напряжение, В 3.3, 5,9, 15 Во всем диапазоне температур, ивх ОТ МИН. ДО макс., 75% Інагр
Выходная мощность, Вт 15 Во всем диапазоне темпера­тур; Ubx от мин. до макс.
Отклонение от ивых.ном, % ±2 25 °С, UBX.номин, 75% Інагр
Ток нагрузки, А 3.3, 5 В 2 Во всем диапазоне температур; Ubx от мин. до макс.
9, 15 В 1
Напряжение пульсаций на выходе, п-п, мВ 3.3, 5 В 50 ивх.ном, 100 Інагр, полоса 20 МГц
100
15 В 150
Нестабильность

UbBIXJ 9 При изменении:

UBX от мин. до макс. ±1 При 100% Інагр
Інагр от 0 до 100% ±1 При UBX.HOM
температуры ±4 При Ubx.hom, 100% Інагр, в диапазоне от -30 до 185 °С
Диапазон регулировки иВЫх, % UHom -10 +5
КПД, % 75 Ubx.hom, 100% Інагр
Защита от КЗ + Продолжительная
Частота преобразования, кГц 220 Во всем диапазоне темпера­тур; Ubx от мин. до макс., 0-100% Інагр
Внешняя синхронизация, кГц 210 220 230
Прочность изоляции, В 1500 Вход-выход; вход-корпус; вых.-корпус (в течение 1 мин)
Сопротивление изоляции, МОм 1 при 500 В
Диапазон температур, °С рабочих -30 25 185 Температура корпуса
хранения -55 185
Продолжительность работы при повышенной температуре, ч 185 °С 100 Температура корпуса
175 °С 400
150 °С 1000
Габаритные размеры, мм (дюйм) 33×68.5×15.2 (1.29×2.7×0.6) (ШхДхВ)
Масса, г 65