Основные характеристики модулей фильтров электромагнитных помех серии FGDS-10A-50V с током нагрузки до 10 А, разработанных компанией Gaia Converter, а также рекомендации по их применению изложены в настоящей статье.
Г. Местечкина
Развивающееся во всем мире с начала 90 годов прошлого века направление COTS (Commercial Off-the-Shelf) построения на модульной основе готовых функционально законченных изделий эффективно воплощено компанией Gaia Converter в продукции, предназначенной для оптимального решения вопросов электропитания.
Система электропитания компании Gaia Converter рассчитана на применение в аппаратуре, предназначенной для эксплуатации в жестких условиях окружающей среды: в гражданской и военной авиации, наземной и морской военной технике, в торпедах, ракетах, на транспорте (с суффиксом “М” – Military в обозначении), а также в аппаратуре, эксплуатируемой в условиях промышленного производства, в медицинской технике и системах связи (с суффиксом “I” – Industrial).
Особенностью модульной системы электропитания, подробно описанной в [1], является ее универсальность, заключающаяся в возможности выбора первичного источника как переменного (одно- или трехфазного) напряжения, так и постоянного, изменяющегося в широком диапазоне, а также в наличии ряда автономных модулей, из которых может быть сформирована система электропитания.
При этом система адаптирована к соответствующим требованиям международных стандартов по перепадам, пропаданиям и пульсациям входного напряжения и обеспечивает при этом низкий уровень входных и выходных помех, малые пульсации выходного напряжения, высокий КПД, большую прочность изоляции между входом и выходом без применения оптоизоляторов и высокую надежность, в том числе при работе в широком диапазоне температур окружающей среды.
Несмотря на то, что компания Gaia Converter по праву занимает место европейского лидера в производстве COTS-преобразователей, в номенклатуру которых входит более 3500 стандартных изделий, разработчики компании постоянно работают над расширением модельного ряда субблоков системы питания. Одним из таких блоков, пополнивших число модулей этой системы, стали устанавливаемые на входе DC/DC-преобразователей фильтры электромагнитных помех (EMI) серии FGDS-10A-50V, рассчитанные на ток до 10 А и напряжение до 50 В [2, 3]. Фильтры этой серии заполнили нишу между уже выпускаемыми фильтрами FGDS-2A-50V и FGDS-20A-50V, рассчитанными соответственно на ток 2 и 20 А. Тем самым была исключена избыточность, возникавшая при использовании фильтра FGDS-20A-50V в случае, если ток нагрузки находился в пределах от 2 до 10 А. К основным характеристикам новых фильтров EMI можно отнести соответствие их эффективности требованиям стандартов для аппаратуры военного назначения: MIL-STD-461D/E/F (США) и DO-160-C/D/E/F (международного), обеспечение выходного тока до 10 А, рабочего напряжения до 50 В, выходной мощности до 150 Вт.
Диапазон рабочих температур модулей фильтров серии FGDS-10A-50V находится в пределах от -40 до 105 °С (корпуса), причем при работе в этом диапазоне дополнительный теплоотвод не требуется. Опционно поставляются модули с минимальной рабочей температурой среды -55 °С (с суффиксом “Т” в обозначении). Кроме того, этот фильтр выдерживает без повреждений кратковременные скачки входного напряжения, соответствующие требованиям стандартов MIL-STD-704A со скачками до 80 В/100 мс и 600 В/10 мкс, а также MIL-STD-1275B со скачками до 100 В/50 мс и 250 В/70 мкс.
Модули выполнены в герметичном металлическом корпусе размерами 1.5х1х0.5 дюйма и массой 25 г, они совместимы по выводам с фильтрами FGDS-20A-50V, что позволяет производить замену последних в ранее выпущенных изделиях, в которых величина тока не превышает 10 А.
Размещение фильтра в столь компактном корпусе достигнуто благодаря найденным разработчиками компании Gaia конструктивнотехнологическим решениям и обеспечению высокого КПД, что хорошо иллюстрирует рис. 1, на котором показаны графики зависимости мощности, рассеиваемой фильтром FGDS-10A-50V и его аналогами, от тока нагрузки.
Рис. 1. Графики зависимости мощности, рассеиваемой фильтром FGDS-10A-50V и его аналогами, от тока нагрузки
Эти решения обеспечили возможность работы фильтров FGDS-10A-50V при температуре корпуса до 105 °С без необходимости применения теплоотвода и принудительного отвода тепла.
Фильтр может быть включен непосредственно на входе любого DC/DC-преобразова-теля серии MGDM компании Gaia или комбинации из нескольких преобразователей с суммарной выходной мощностью от 50 до 200 Вт и током нагрузки до 10 А.
Для обеспечения соответствия уровня электромагнитных помех требованиям стандартов MIL-STD-461D/E/F или DO-160-C/D/E/F необходимо на входе преобразователя серии MGDM включать последовательно два фильтра FGDS-10A-50V, как показано на рис. 2. Для уменьшения уровня помех компания Gaia Converter рекомендует устанавливать дополнительную RC-цепь для снижения выходного импеданса фильтра и его согласования с входным импедансом преобразователя Zin (рассчитываемым по нижеприведенной формуле) и конденсаторы Сс (с типовым значением емкости 10 нФ) к выводам преобразователя (см. рис. 2).
Рис. 2. Схема подключения фильтров FGDS-10A-50V к модулю DC/DC-преобразователя MGDM
где Vn – напряжение на входе преобразователя, Pin и Pout – мощность на входе и выходе преобразователя соответственно при номинальном токе нагрузки, п — КПД преобразователя.
При разработке фильтра для повышения его эффективности обычно принимаются меры по снижению величины эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) входящих в него дросселей и керамических конденсаторов, что позволяет повысить добротность фильтра (Q), но одновременно с этим растет его выходной импеданс на резонансной частоте. Последнее может привести к самовозбуждению в системе питания, поэтому для предотвращения возбуждения и снижения выходного импеданса фильтра величины сопротивления и емкости элементов RC-цепочки, устанавливаемой на его выходе, должны выбираться так, чтобы выходной импеданс фильтра с RC-цепочкой был меньше входного импеданса преобразователя примерно в 3 раза.
Поскольку чаще всего на выходе фильтра устанавливается алюминиевый электролитический конденсатор, имеющий достаточно большое значение ESR, то в установке дополнительного резистора нет необходимости, а величина емкости конденсатора согласно рекомендациям компании может быть выбрана в зависимости от выходной мощности преобразователя: 100 мкФ – для мощности 75 Вт, 150 мкФ – для 100 Вт, 200 мкФ – для 150 Вт и 270 мкФ – для выходной мощности 200 Вт.
В случае необходимости применения фильтра FGDS-10A-50V совместно с модулем LGDS-300, предназначенным для адаптации к первичному источнику при возникновении на его выходе всплесков напряжения, и модулем HUGD, предназначенным для мониторинга и поддержания работы системы при пропадании входного напряжения, рекомендуется устанавливать два фильтра – перед модулем LGDS и после модуля HUGD, как показано на схеме рис. 3.
Рис. 3. Схема подключения фильтров FGDS-10A-50V совместно с модулями LGDS и HUGD к преобразователям MGDM
Для примера на рис. 4 показаны графики, отражающие уровень электромагнитных помех на выходе модуля MGDS-75-H-F (рис. 4, а) и двух модулей MGDS-75-H-J (рис. 4, б) при подключении перед ними фильтра FGDS-10A-50V. Пунктиром на рисунке показан уровень помех в диапазоне частот 0.15-10 МГц, соответствующий требованиям стандарта MIL-STD-461E. Анализ приведенных графиков позволяет сделать однозначные выводы об эффективности применения фильтра FGDS-10A-50V, обеспечивающего большой запас по подавлению уровня помех относительно допустимого согласно стандарту.
Рис. 4. Графики, отражающие уровень электромагнитных помех на выходе модуля MGDS-75-H-F (а) и двух модулей MGDS-75-H-J (б) при подключении перед ними фильтра FGDS-10A-50V
Рис. 5. Расположение и назначение выводов фильтра FGDS-10A-50V и его габаритные размеры
Основные характеристики фильтра FGDS-10A-50V приведены в таблице. На рис. 5 приведены расположение и назначение выводов фильтра EMI серии FGDS-10A-50V и его габаритные размеры.
Основные технические характеристики фильтров серии FGDS-10A-50V
ВЫВОДЫ
1. Разработанные компанией Gaia Converter фильтры EMI серии FGDS-10A-50V отличаются высокой эффективностью и малыми габаритами, что позволяет устанавливать их непосредственно на печатную плату с максимальной высотой компонентов до 0.5 дюйма.
2. Высокий КПД и принятые конструктивные решения обеспечивают возможность работы фильтра в диапазоне температур от -40 до 105 °С (корпуса) без применения теплоотвода и в расширенном диапазоне от -55 до 105 °С (корпуса) – опционно (с суффиксом “Т” в обозначении).
3. При предъявлении более жестких требований к эффективности подавления помех возможно включение последовательно двух или даже трех фильтров – для обеспечения соответствия уровня помех на выходе DC/DC-преобра-зователя требованиям стандарта VG95373.
4. Фильтр FGDS-10A-50V может быть установлен на входе DC/DC-преобразователей компании Gaia Converter серий MGDM-75, MGDM-100 и MGDM-150 с выходной мощностью соответственно 75, 100 и 150 Вт.
Дополнительную информацию о продукции компании Gaia Converter можно получить в сети Интернет по адресу: http://www.gaia-converter.com или в фирме VD MAIS — официальном дистрибьюторе Gaia в Украине.
Автор благодарит менеджера VD MAIS М. Гармотько за предоставленную информацию и консультации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Местечкина Г. Модульная система электропитания для жестких условий эксплуатации // ЭКиС — Киев: VD MAIS, 2009, № 2.
2. MIL-STD-461 EMI Input Filter FGDS-10A-50V: up to 10A Current // Gaia Converter FC05-063.03/10 Revision A.
3. EMI Filter Solutions (презентация компании Gaia Converter).
Лайкнути
Твітнути