Ультра компактні DC/DC-перетворювачі малої потужності компанії RECOM

25.06.2024 |

У статті наведена коротка інформація про малогабаритні модулі компанії Recom у корпусі QFN. Завдяки використанню техно­логії flip-chip модулі мають високу питому потужність і не потребують зовнішніх радіа­торів для відведення тепла. Широкий діапа­зон вхідної напруги від 4 до 36 В дозволяє використовувати ці модулі від вхідної шини живлення 5, 12, 15 або 24 В.

В. Макаренко

Модулі серії RPX використовують нову технологію flip-chip, що дозволяє значно збільшити питому потужність та відведення тепла.
Нові силові модулі RPX-1.0, RPX-1.5 та RPX-2.5 компанії RECOM забезпечують високу питому потужність у корпусі QFN з покращеним тепловідве-денням у робочому діапазоні температур до 85 °C при природній конвекції повітря. Модулі з вихідним струмом 1 і 1.5 А у корпусі 3х5х1.6 мм працюють при вхідній напрузі від 4 до 36 В, дозволяючи використовувати нестабілізовані шини живлення 5, 12, 15 та 24 В. Вихідна напруга встановлюється за допомогою 2х резисторів у діапазоні від 0.8 до 30 В [1].
Модулі з вихідним струмом 2.5 А випускаються у корпусі QFN розміром 4х4.5х2 мм працюють в діапазоні вхідної напруги від 4.5 до 28 В забезпечуючи функціонування від вхідної шини живлення 5, 12, 15 або 24 В. Вихідна напруга може бути встановлена в діапазоні від 1.2 до 6 В з використанням 2-х резисторів.
Основні особливості модулів:
• силовий модуль з технологією 3D монтажу та інтегроване котушкою індуктивності в мініатюрному корпусі QFN
• корпус із оптимізованим відведенням тепла забезпечує роботу при температурах до +105 °C без примусового охолодження
• версії з вихідним струмом 1, 1.5 чи 2.5 А
• вхідна напруга від 4 до 36 В DC
• настроюваний за допомогою двох резисторів вихід
• постійно високий ККД у широкому діапазоні навантажень (5-100%);
• широкий діапазон робочих температур від -40 до +105 °C при повному навантаженні;
• ККД до 91%, немає потреби в радіаторах
• вбудовані системи захисту від КЗ, перевантаження, перегріву та від зниженої напруги (з регульованим рівнем спрацьовування)
• фільтр класу ЕМЗ A або B.
У табл. 1 наведено перелік модулів серії RPX у корпусі QFN [2-7].

Таблиця 1. Модулі серії RPX у корпусі QFN

Модель Вихідний струм, А Вхідна напруга, В Вихідна напруга, В
RPX-0.5Q 0.5 4.0.36.0 0.8.34
RPX-1.0 1 4.0.36.0 0.8.24
RPX-1.5 1.5 4.0.36.0 0.8.24
RPX-1.5Q 1.5 4.0.36.0 0.8.30
RPX-2.5 2.5 4.5.28.0 1.2.6
RPX-4.0 4.0 3.8.36.0 1.7

Розглянемо більш детально характеристики модуля RPX-1.0 [2], зовнішній вигляд якого наведено на рис. 1.

Рис. 1. Зовнішній вигляд модуля RPX-1.0

 

Типова схема включення RPX-1.0 наведена на рис. 2.

Вихідна напруга задається дільником R3, R4. Розрахувати опір R4 при заданному R3 можно за формулою

R4 =R3/(VOUT/VFB -1),

де VFB = 0.807 В.

Опір резистора R3 рекомендується обирати 75 кОм при значенні вихідної напруги більше 1 В. У [2] наведено приклад розрахунку для вихідної на­пруги 1.5 В. У табл. 2 наведені розраховані опори резистора R4 (ряд Е96) для різних значень вихідної напруги.

Таблиця 2. Значення опору резистора R4 для різних значень вихідної напруги

VOUT, B 1.5 1.8 2.5 3.3 5 12 24
R4, кОм 86.6 60.4 35.7 24.3 14.3 5.36 2.61

Основні параметри модуля RPX-1.0:

• частота комутації силового ключа DC/DC-перетворювача від 450 до 2200 кГц • температура кристалу від -40 до 125 °С
• тепловий коефіцієнт корпус-навколишнє середовище 46 °К/Вт
• спрацьовування захисту від перегріву при температурі кристалу 170 °С (автоматичне відновлення роботи після охолодження до припустимої робочої температури).
Безпечна робоча область модуля наведена на рис. 3. Параметри модуля дещо змінюються в залежності від вихідної напруги. На рис. 4 наведені графіки залежності ККД від навантаження (а) вихідної потужності від температури (б) модуля RPX-1.0 при вихідній напрузі 1.8 В і різних значеннях вхідної напруги.
Графіки залежності розсіюваної модулем RPX-1.0 потужності при вихідній напрузі 1.8 В наведені на рис. 5.
Аналогічні графіки для вихідної напруги 24 В наведені на рис. 6 і 7.

Рис. 2. Типова схема включення модуля RPX-1.0

Рис. 3. Безпечна робоча область модуля RPX-1.0

Рис. 4. Графіки залежності ККД від навантаження (а) вихідної потужності від температури (б) модуля RPX-1.0 при вихідній напрузі 1.8 В

Рис. 5. Графіки залежності розсіюваної модулем RPX-1.0 потужності при вихідній напрузі 1.8 В

Порівнюючи параметри модуля при різних значеннях вихідної напруги, можна зробити висновок, що максимальний ККД 95% відсотків досягається при максимальній вихідній напрузі. При вихідній напрузі 1.8 В ККД не перевищує значення 88% і це потрібно враховувати при виборі модуля для застосування. Розсіювання модулем потужність теж залежить від значення вихідної напруги, що ілюструють графіки на рис. 5 та 7.

Рис. 6. Графіки залежності ККД від навантаження (а) вихідної потужності від температури (б) модуля RPX-1.0 при вихідній напрузі 24 В
Для порівняння розглянемо основні параметри модуля RPX-2.5, зовнішній вигляд якого наведений на рис. 8 [6]. Це понижувальний DC/DC-перетворю-вач із вбудованою котушкою індуктивності у корпусі QFN розміром 4.5x4x2 мм (найменший у своєму класі).

Рис. 7. Графіки залежності розсіюваної модулем RPX-1.0 потужності при вихідній напрузі 24 В

Рис. 8. Модуль RPX-2.5

Діапазон вхідної напруги від 4,5 до 28 В постійного струму, вихідна напруга може бути встановлена за допомогою двох резисторів в діапазоні від 1.2 В до 6 В, вихідний струм до 2.5 А. Модуль має вбудовані системи захисту від короткого замикання, перевантаження вихідного струму, пониженої вихідної напруги та перегрівання.
Основні параметри модуля:
• вхідний струм в режимі вимкнення не більше 1.6 мкА
• струм споживання в режимі сну не більше 2 мкА
• час вмикання не більше 6 мс
• частота комутації силових ключів 550.. .1000 кГ ц (750 кГц типове значення)
• пульсації вихідної напруги не більше 20 мВ (від піку до піку) у смузі аналізу 20 МГц.
Схема включення модуля наведена на рис. 9. Безпечна робоча область модуля RPX-2.5 наведена на рис. 10.

Рис. 9. Рекомендована схема включення модуля RPX-2.5

Рис. 10. Безпечна робоча область модуля RPX-2.5

Графіки залежності ККД від навантаження при різних значеннях вхідної та вихідної напруги наведені на рис. 11.

Рис. 11. Графіки залежності ККД від навантаження при різних значеннях вхідної та вихідної напруги

У [6] наведені рекомендовані значення опорів резисторів RUVLO (рис. 9) для різних значень спрацьовування системи захисту від зниженої напруги та формули для розрахунку резисторів RFBT та RFBB, що встановлюють вихідну напругу модуля.
Модуль можна використовувати для формування від’ємної напруги як показано на рис. 12.

Рис. 12. Схема включення RPX-2.5 для формування від’ємної напруги

Схема включення RPX-2.5 з фільтром електромагнітних завад (ЕМЗ) наведена на рис. 13.
Більш детально про призначення та розрахунок елементів схеми можна дізнатись у [6]. З параметрами інших модулів серії RPX можна ознайомитись у [3-7].

Рис. 13. Схема включення RPX-2.5 з фільтром ЕМЗ
Для більш детального ознайомлення з параметрами модулів компанія Recom пропоную налагоджувальні модулі без корпусу (рис. 14). Наприклад, для дослідження властивостей RPX-2.5 пропонується модуль RPX-2.5-EVM-1 [8].

Рис. 14. Налагоджувальний модуль RPX-2.5-EVM-1
Цей модуль дозволяє сформувати на виході одне з трьох значень напруги – 1.8, 3.3 або 5 В, як показано на принциповій схемі модуля (рис. 15).

Рис. 15. Принципова схема налагоджувального модуля RPX-2.5-EVM-1
Порядок роботи з модулем RPX-2.5-EVM-1 детально наведений у [8]. Компанія Recom випускає налагоджувальні модулі для кожного з модулів серії RPX [1].
ЛІТЕРАТУРА
1.https://recom-power.com/ru/powermodules.html?4&utm_source=aac&utm_medium=mail&utm_cam-paign=newsletter
2.https://g.recomcdn.com/media/Datasheet/pdf/.fIsfm9 7X/.t949edc23fade0802fd02/Datasheet-334/RPX-1_0.pdf
3.https://g.recomcdn.com/media/Datasheet/pdf/.f1yzm9 7X/.t7952c5bea4e9401c29a8/Datasheet-335/RPX-1_5.pdf
4.https://g.recomcdn.com/media/Datasheet/pdf/.frdV 0lFY/.t99edbe768ef1ec44536b/Datasheet-531/RPX-