МОДУЛИ ПИТАНИЯ RECOM ДЛЯ ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ

20.03.2023 |

Интернет Вещей (Internet of Things или IoT) – это термин, который охватывает несколько связанных понятий: распределенный интеллект, множество связанных датчиков и исполнительных механизмов, децентрализованный контроль.
Ericsson Mobility Report прогнозировал динамичное развитие Интернета Вещей со среднегодовыми темпами роста 23% в период с 2015 по 2021 год. К концу периода ожидается 16 миллиардов IoT-устройств подключенных к сетям по всему миру. При этом уже в 2018 году их количество превысит общее количество мобильных телефонов.
По прогнозам наибольшее распространение Интернет Вещей получит в Азиатско-тихоокеанском регионе и в Западной Европе. К 2021 году число подключенных IoT-устройств вырастет в 4 раза. Основными драйверами для стран Западной Европы станут регулятивные требования, касающиеся развития умных энергосетей, а также параллельное развитие европейской системы экстренных вызовов eCall, которой должны быть оснащены все машины, начиная с 2018 года. Наибольший темп роста прогнозируется среди устройств IoT в сетях сотовой связи (Cellular Internet of Things). Здесь, согласно прогнозу, количество подключенный устройств вырастет до 1.5 млрд к 2021 году.
Новые технологии требуют высокоэффективных источников питания, обеспечивающих низкое потребление в режиме ожидания. Для IoT необходимы малопотребляющие импульсные регуляторы, которые могут накапливать энергию с выхода проводных датчиков, бюджетные изолированные и неизолированные DC/DC-преобразователи для многоканальных систем, повышающие преобразователи с низким входным напряжением, позволяющие получать рабочее напряжение от одной аккумуляторной батареи напряжением 1.5 В, AC/DC-преобразователи малой мощности, имеющие малое энергопотребление в ждущем режиме. Не все модули подходят для применения в IoT. Они должны обладать высоким КПД не только при максимальной, но и при минимальной нагрузке, иметь малые габариты, высокую надежность и низкую стоимость.
Компания Recom выпускает несколько модулей питания, удовлетворяющих всем этим требованиям.

НЕИЗОЛИРОВАННЫЕ DC/DC-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СЕРИИ R-78S
Это повышающий преобразователь, предназначенный для работы от одной аккумуляторной батареи. Диапазон входных напряжений от 0.65 до 3.15 В, что позволяет ему работать со щелочными, никель-кадмиевыми, никель-металлогидридными, угольно-цинковыми или литиевыми аккумуляторами.

Основные параметры преобразователя:
• диапазон входных напряжений 0.65…3.15 В
• КПД 92% при Uвх.мин., 93% при Uвх.макс. (максимальная нагрузка) и более 80% при нагрузке 10% от максимальной
• выходное напряжение 3.3 В
• максимальный выходной ток 100 мА
• входной ток в режиме ожидания не более 7 мкА
• мощность потребления в активном режиме не более 600 мкВт, в режиме ожидания не более 20 мкВт
• защита от длительного короткого замыкания
• частота коммутации 1.2 МГц
• соответствие требованиям стандарта IEC/EN62368-1 по безопасности (Audio/video, information and communication technology equipment Part 1: Safety requirements)
• габаритные размеры 11.6×8.5×10.4 мм
• масса 2 г.
Преобразователь удовлетворяет требованиям по ЭМС EN55022, класс A без подключения дополнительного фильтра помех (рис. 1), и EN55022, класс B – при подключении внешних компонентов (рис. 2). Схема на рис. 2 может использоваться при питании нескольких различных устройств от одного источника энергии.

Рис. 1. Схема включения R-78S для питания Bluetooth-модуля

Рис. 2. Схема включения R-78S
с дополнительным фильтром подавления
электромагнитных помех

Зависимость КПД преобразователя от выходного тока приведена на рис. 3,а, а от входного напряжения – на рис. 3,б.
Используя преобразователи R-78S, можно сформировать двухполярное напряжение, как показано на рис. 4.
Более детальную информацию о преобразователях R-78S можно найти в [1].

Рис. 3. Зависимость КПД преобразователя от выходного тока (а)
и от входного напряжения (б)

Рис. 4. Формирование двухполярного напряжения с помощью
преобразователей R-78S

НИЗКОПРОФИЛЬНЫЕ БЮДЖЕТНЫЕ
AC/DC-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (1-2 ВТ)
Низкопрофильные AC/DC-преобразователимощностью 1 Вт (серия RAC01) и 2 Вт (серия RAC02), основные характеристики которых приведены в табл. 1, предназначены для поверхностного монтажа в компактных устройствах промышленного применения [2,3].

Таблица 1. Основные характеристики низкопрофильных AC/DC-преобразователей малой мощности

Тип P вых., Вт U вх., В (AC) U вых., В (DC) I вых., мА КПД, % Напряжение изоляции, кВ
RAC01-05SGA 1 85.264 5 200 63 3
RAC01-12SGA 1 85.264 12 83 68 3
RAC01-05SII^I 1 85.264 5 200 63 3
RAC01-12SII^I 1 85.264 12 83 68 3
RAC02-05SGA 2 85.264 5 400 69 3
RAC02-12SGA 2 85.264 12 167 72 3
RAC02-05SII^I 2 85.264 5 400 69 3
RAC02-12SII^I 2 85.264 12 167 72 3

Они имеют универсальный диапазон входного напряжения переменного тока, регулируемое выходное напряжение постоянного тока, защиту от короткого замыкания, малое энергопотребление, широкий диапазон рабочих температур от -25 до 80 °С.
Преобразователи сертифицированы на соответствие требованиям по безопасности стандартов EN60335, EN60950 и EN62368. Гарантия на все типы преобразователей составляет 3 года. Благодаря встроенному фильтру подавления электромагнитных помех (Class A / FCC Part 15) соответствуют требованиям стандарта EN55022, класс A.
Все преобразователи серий RAC01-G и RAC02-G работают при частоте переключения 65 кГц, коэффициент мощности 0.4…0.6. Преобразователи размещены в корпусе 33.7×22.2×9.0 мм, масса 12 г.

На рис. 5 приведен пример использования АС/DC-преобразователя RAC02-05SGA в системе «Умного отопления», а на рис. 6 – зависимости КПД преобразователей с выходным напряжением 5 В (рис. 6,а) и 12 В (рис. 6,б) от тока нагрузки при различных значениях напряжения сети переменного тока.
Более подробную информацию о преобразователях RAC01 и RAC02 можно найти в [2,3].

Рис. 5. пример использования АС/DC-преобразователя RAC02-05SGA в системе «Умного отопления»

Рис. 6. Зависимости КПД преобразователей RAC02-05SGA (а) и RAC02-12SGA (б)
от тока нагрузки при различных значениях напряжения сети переменного тока

НИЗКОПРОФИЛЬНЫЕ БЮДЖЕТНЫЕ
AC/DC-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (2-3 ВТ)
Основные характеристики AC/DC-преобразователей мощностью 2 Вт (серия RAC02-SE/277) и 3 Вт (серии RAC03-SE/277 и RAC03-SER/277) приведены в табл. 2, Внешний вид преобразователей показан на рис. 7.

Таблица 2. Основные характеристики низкопрофильных AC/DC-преобразователей мощностью 2-3 Вт

Тип Pвых, Вт U вх., В (AC) U вых., В (DC) I вых., мА КПД, % Напряжение изоляции, кВ
RAC02-05SE/277 2 80-305 5 400 70 3
RAC02-12SE/277 2 80-305 12 167 73 3
RAC02-24SE/277 2 80-305 24 83 76 3
RAC02-3.3SE/277 2 80-305 3.3 600 67 3
RAC02-05SE/277/W 2 85-305 5 400 70 3
RAC02-12SE/277/W 2 85-305 12 167 73 3
RAC02-24SE/277/W 2 85-305 24 83 76 3
RAC02-3.3SE/277/W 2 85-305 3.3 600 67 3
RAC03-05SE/277 3 80-305 5 600 76 3
RAC03-12SE/277 3 80-305 12 250 78 3
RAC03-24SE/277 3 80-305 24 125 80 3
RAC03-3.3SE/277 3 80-305 3.3 900 71 3
RAC03-05SE/277/W 3 80-305 5 600 76 3
RAC03-12SE/277/W 3 80-305 12 250 78 3
RAC03-24SE/277/W 3 80-305 24 125 80 3
RAC03-3.3SE/277/W 3 80-305 3.3 900 71 3
RAC03-05SER/277 3 85-305 5 600 70 3
RAC03-05SER/277-TRAY 3 85-305 5 600 74 3
RAC03-12SER/277 3 85-305 12 250 76 3
RAC03-12SER/277-TRAY 3 85-305 12 250 68 3
RAC03-24SER/277 3 85-305 24 125 70 3
RAC03-24SER/277-TRAY 3 85-305 24 125 74 3
RAC03-3.3SER/277 3 85-305 3.3 900 76 3
RAC03-3.3SER/277-TRAY 3 85-305 3.3 900 68 3

Рис. 7. Внешний вид модулей RAC02-SE (a), RAC03-SE/W (б), RAC03-SE (в),
RAC03-SE/W (г) и RAC03-xxSER (д)

Модули RAC02-SE/277 выпускаются в ультракомпактном корпусе высотой менее 18 мм (габаритные размеры модуля 33.7×22.2×17.75 мм), масса 24.5 г. В режиме ожидания потребляемая мощность не превышает 35 мВт, что позволяет использовать его в приложениях, в которых большую часть времени оборудование находится в режиме ожидания.
В модулях интегрирован входной помехоподавляющий фильтр, обеспечивающий соответствие требованиям ЭМС стандарта EN55022, класс B. Система защиты от короткого замыкания автоматически восстанавливает работоспособность модуля после устранения замыкания. Как и на все другие модули, на преобразователи RAC02-SE/277 производителем предоставляется трехлетняя гарантия.
Модули RAC02-SE/277/W отличаются только типом корпуса (рис. 7).

Таблица 3. Характеристики AC/DC-преобразователей RAC03-SE/277

Параметр Условия испытаний Мин. Тип. Макс.
Входное напряжение, В 85(AC) 305(AC)
120(DC) 430(DC)
Входной ток, мА 115 В (AC) 70
230 В (АС) 45
Пусковой ток, А (холодный старт при 25 °C) 115 В (AC) 15
230 В (AC) 30
Мощность, потребляемая без нагрузки, мВт 85.305 В (AC), 47.440 Гц 30
Диапазон частот сети переменно­го тока, Гц 47 440
Время включения, мс 115 В (AC) 15
230 В (АС) 80
Частота преобразования, кГц 100% нагрузка, номинальное значение Uv вх. 55
Минимальное сопротивление нагрузки,% 2
Пульсации и шум выходного напряжения, мВ (п-п) 200
Отклонение Uвых. от Uвых.ном, % 6
Диапазон регулировки напряже­ния ивых., % нагрузка 100% ±1 ±1.5
Изменение ивых., % изменение нагрузки 10.100% ±6
Диапазон рабочих температур, °C -40 85
Максимальная температура корпуса, °C 105
Тепловое сопротивление, °С/Вт 10
Влажность, % 5 95
Вибрации в соотв. со стандартом MIL-STD-202G
Наработка на отказ, тыс. ч. MIL-HDBK-217F 115 В (AC), 25 °C

MIL-HDBK-217F 230 В (AC), 25 °C

3503

1816

Преобразователи RAC03-SE/277 имеют немного большие габаритные размеры 38.25×24.35×17.4 мм и массу 28 г, хотя высота модуля даже меньше чем у RAC02-SE/277.
Преобразователи, приведенные в табл. 2, сертифицированы на соответствие требованиям по безопасности стандартов EN60950 и EN61000 [4…8].
Характеристики модулей по ЭМС и защите от короткого замыкания аналогичны характеристикам преобразователей RAC02-SE/277. Конструкция корпуса модулей RAC03-xxSER значительно отличается от остальных модулей (рис. 7). Габаритные размеры корпуса 50.3×50.3×11.0 мм. Высота корпуса составляет всего 11 мм, что позволяет устанавливать их в труднодоступных местах или в стенах зданий. На рис. 8 приведен пример размещения датчика газа, питание которого осуществляется от преобразователя RAC03-12SER/277, на стене здания.

Рис. 8. Пример использования модуля RAC03-12SER/277 в системе контроля концентрации газа в воздухе

Модуль питания утоплен в стене и не мешает размещению датчика прямо над ним.
Типовая схема включения маломощного AC/DC-преобразователя приведена на рис. 9.
Все преобразователи Recom имеют высокую надежность, широкий диапазон входных напряжений и рабочих температур, что позволяет использовать их в тяжелых условиях эксплуатации.

Рис. 9. Типовая схема включения маломощного AC/DC-преобразователя

В табл. 3 приведены более подробные характеристики AC/DC-преобразователей RAC03-SE/277.
Как следует из табл. 3, эти преобразователи по надежности и допустимым вибрациям соответствуют военным стандартам.
Даже краткого обзора параметров преобразователей компании Recom, предназначенных для Интернета Вещей достаточно, чтобы убедиться в том, что они могут использоваться и во многих других приложениях.
Более подробную информацию о продукции Recom можно найти на сайте компании https://www.recom-power.com/ru/emea/iot.html.

ЛИТЕРАТУРА
1. https://www.recom-power.com/pdf/Innoline/R-78Sxx-0.1.pdf.
2. https://www.recom-power.com/pdf/Powerline-AC-DC/RAC01-GA.pdf.
3. https://www.recom-power.com/pdf/Powerline-AC-DC/RAC02-GA.pdf.
4. https://www.recom-power.com/pdf/Powerline-AC-DC/RAC02-SE_277.pdf.
5. https://www.recom-power.com/pdf/Powerline-AC-DC/RAC02-SE_277_W.pdf.
6. https://www.recom-power.com/pdf/Powerline-AC-DC/RAC03-SE_277.pdf.
7. https://www.recom-power.com/pdf/Powerline-AC-DC/RAC03-SE_277_W.pdf.
8. https://www.recom-power.com/pdf/Powerline-AC-DC/RAC03-SER_277.pdf.