ВЫСОКОНАДЕЖНЫЕ БЛОКИ ПИТАНИЯ КОМПАНИИ GAIA: MGDD-20/60, HUGD-300, GPACK-800

ВВЕДЕНИЕ

Компания Gaia Converter – производитель модульных блоков питания и высоконадежных DC/DС-преобразователей, предназначенных для эксплуатации в жестких условиях окружающей среды. Это аппаратура для гражданской и военной авиации, наземной и морской военной техники, а также промышленного оборудования, медицинской техники и систем связи .
Высокая надежность изделий компании достигается благодаря принятым схемотехническим, технологическим и конструктивным решениям, а также благодаря автоматизации процессов сборки и контроля качества выполнения каждой операции.
Статья посвящена новым DC/DС-преобразователям MGDD-20 и MGDD-60 с двумя выходами и выходной мощностью 20 и 60 Вт, соответственно . Кроме того, рассматриваются новые модули контроля и защиты от провалов входного напряжения HUGD-300, а также модульный блок питания GPack-800 суммарной мощностью до 800 Вт.

MGDD-20/60

DC/DC-преобразователи MGDD-20/60 ориентированы на применение в системах с распределенной архитектурой электропитания, в которых входное напряжение изменяется в широком диапазоне, и, кроме того, которые отличаются кратковременными пропаданиями и скачками входного напряжения.
Основные технические характеристики DC/DC-преобразователей MGDD-20/60 даны в табл. 1. В табл. 2 приведены диапазоны выходных напряжений при последовательном и параллельном соединении выходов преобразователей MGDD-20/60. Структура преобразователя MGDD-60 приведена на рис. 1.
Отличительные особенности преобразователей MGDD-20/60 – повышенный уровень входного напряжения (до 160 В) и два выхода с возможностью синхронизации от внешнего сигнала. Предусмотрено также дистанционное вкл./выкл. преобразователей.

Рис. 1. Структура DC/DC-преобразователя MGDD-60

Таблица 1. Основные технические характеристики DC/DС-преобразователей MGDD-20/60

Таблица 2. Значения выходных напряжений при последовательном и параллельном соединении выходов DC/DC-преобразователей MGDD-20/60

Для увеличения выходного напряжения допускается последовательное соединение выходов преобразователей MGDD-20/60, а для повышения выходной мощности – параллельное.
Кроме того, в каждом преобразователе предусмотрена защита от снижения входного напряжения ниже допустимого уровня, перенапряжения на входе и выходе, перегрузки и перегрева. Наличие функции «мягкого» старта позволяет ограничить уровень входного и выходного тока при включении преобразователей.
Предусмотрена возможность регулировки выходного напряжения c использованием внешнего резистора, который подключается к специально предназначенным выводам.
В составе каждого преобразователя MGDD-20/60 имеется LC-фильтр, предназначенный для фильтрации входного напряжения.
Для увеличения емкости конденсатора LC-фильтра за счет подключения внешнего конденсатора предусмотрен дополнительный вывод.

Рис. 2. Структура модуля HUGD-300 и схема его подключения к DC/DC-преобразователю

Нижний предел диапазона рабочих температур преобразователей MGDD-20/60 составляет -40 °С. Значение верхнего предела зависит от условий отвода тепла от корпуса. Можно использовать несколько вариантов отвода тепла: естественную конвекцию без применения теплоотвода, принудительный отвод тепла потоком воздуха при наличии и отсутствии теплоотвода.

HUGD-300

При эксплуатации разного рода электронной авиационной, военной, связной и другой аппаратуры не исключаются случаи кратковременного снижения входного напряжения вплоть до нуля, что в результате может привести к потере данных и увеличению числа аварийных отказов. В стандартах MIL-STD-704 и DO-160 регламентируется, что преобразователи напряжения должны гарантировать бесперебойную работу всей системы на протяжении 50…1000 мс, а в некоторых случаях – даже нескольких секунд. Один из примеров кратковременного отключения входного напряжения – переключение на резервный источник питания. Поэтому, чтобы обеспечить бесперебойную работу систем, приходится применять ряд специальных мер. Классическое решение – использование на входе преобразователя напряжения накопительного конденсатора большой емкости (и, соответственно, габаритов), заряжаемого до рабочего входного напряжения. Накопительный конденсатор снабжает энергией DC/DC-преобразователь и нагрузку в случае кратковременного снижения входного напряжения. Емкость конденсатора на входе преобразователя зависит от мощности в нагрузке, КПД, используемого DC/DC-преобразователя, длительности интервала удержания заданного напряжения и определяется из следующего выражения:
С = 2PΔt/(V12-V22),
где, P – суммарная мощность, потребляемая преобразователем и нагрузкой, Δt – длительность интервала удержания заданного напряжения, V1 – конечное напряжение на конденсаторе, V2 – минимальное входное напряжение преобразователя.

Простой расчет показывает, что при выходной мощности 200 Вт, КПД преобразователя 80%, минимальном входном напряжении преобразователя 9 В, конечном напряжении на конденсаторе 28 В и длительности интервала удержания 100 мс, емкость конденсатора составит
C = (2×200/0.8×0.1)/(784 – 81) = 71123 мкФ.
Недостатки такого решения – увеличение площади печатной платы и размеров изделия в целом, большой импульсный пусковой ток зарядки конденсатора, для ограничения которого необходимо модифицировать входную цепь зарядки.
Уменьшить емкость накопительного конденсатора при сохранении той же мощности и длительности интервала удержания можно за счет расширения диапазона рабочего входного напряжения DC/DC-преобразователя и, соответственно, увеличения напряжения на накопительном конденсаторе.
При выходной мощности 200 Вт, КПД преобразователя 94%, длительности интервала удержания 50 мс, напряжении на входе преобразователя от 31 до 60 В емкость накопительного конденсатора составит 8060 мкФ.
C = (2×200/0.94×0.05)/(3600 – 961) = 8060 мкФ.

Использование модуля контроля и защиты от провалов входного напряжения HUGD-300 позволяет добиться значительного снижения массогабаритных показателей источников питания, а также ограничить величину пускового тока, что в свою очередь способствует повышению надежности всей системы.
Структура модуля HUGD-300 и схема его подключения к DC/DC-преобразователю при ведены на рис. 2, графики зависимости необходимой емкости накопительного конденсатора от длительности интервала удержания – на рис. 3. В табл. 3 даны основные параметры модуля HUGD-300.

Рис. 3. Графики зависимости емкости накопительного
конденсатора от длительности интервала удержания

Таблица 3. Основные параметры модуля HUGD-300

GPACK-800

Модульный блок электропитания GPack-800 суммарной мощностью до 800 Вт, предназначен для бортовых сетей постоянного тока напряжением 24/28/48 В. Блок питания GPack-800 (рис. 4) ориентирован на применение в авиационной радиоэлектронике, военном, морском и наземном оборудовании специального назначения.
Блок питания GPack-800 имеет габаритные размеры 120×180×60 мм и может содержать до четырех модулей питания серии MGDM200.

Рис. 4. Модульный блок питания GPack-800

Структура блока GPack-800 приведена на рис. 5. Встраиваемые модули MGDM200 можно использовать как в автономном режиме работы, так и в других режимах, в которых выходы независимых модулей могут соединяться параллельно или последовательно. Конфигурация конкретного блока задается пользователем или может быть предварительно установлена производителем.
Модульный блок питания GPack-800 содержит средства управления и мониторинга, что позволяет осуществлять:
• дистанционное вкл./выкл. блока
• дистанционное вкл./выкл. каждого встроенного модуля
• параллельное или последовательное соединение выходов модулей
• синхронизацию модулей от внешнего тактового сигнала
• параллельное соединение до трех блоков питания GPack-800 (суммарная мощность 2.4 кВт)
• контроль перегрузки по току, снижения напряжения и перегрева блока питания.

Рис. 5. Структура блока питания GPack-800

Основные параметры блока GPack-800:
• мощность до 800 Вт
• входное напряжение 9…45 В (допускаются броски напряжения до 60 В длительностью до 100 мс) или 16…80 В (100 В/100 мс)
• четыре независимых синхронизированных выхода с возможностью их параллельного или последовательного соединения
• выходное напряжение 5/12/15/24 В
• естественное охлаждение
• соответствует стандартам DO-160 и MILSTD-
704/461
• КПД до 88%
• габаритные размеры 120×180×60 мм
• масса 1.8 кг.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Блоки питания компании Gaia выполнены в соответствие с рекомендациями стандартов DO-160, MIL-STD-704/461/810. Благодаря высокой надежности они с успехом применяются в аэрокосмической сфере (военной и гражданской авиации), военной технике (танках, ракетах, торпедах и беспилотных летательных аппаратах, оборудовании кораблей военноморского флота), на транспорте (метро, пассажирских поездах и локомотивах, трамваях, автобусах и троллейбусах), в промышленном оборудовании (приборах гидролокации, системах контроля сейсмоактивности, электроснабжения и окружающей среды, нефтегазодобывающем оборудовании и пр.) .

Более полную информацию о продукции компании Gaia Converter можно получить в сети интернет по адресу: http://gaia-converter.com/ или в фирме VD MAIS – официальном дистрибьюторе Gaia Converter в Украине.

ЛИТЕРАТУРА

1. Hi-Rel DC/DC converter MGDD-20: 20W power. – Gaia, 2014.
2. Hi-Rel DC/DC converter MGDD-60: 60W power. – Gaia, 2014.
3. Hi-Rel HOLD-UP module HUGD-300 : 300W power. – Gaia, 2014.
4. http://gaia-converter.com.