Силовая электроника №5'2012

Неизолированные POL-преобразователи для телекоммуникаций от GE ENERGY

Анищенко Любовь


Разработчики современной радиоэлектронной аппаратуры должны решить ряд вопросов, связанных с электропитанием высокоскоростных (а значит, высокопотребляющих) аналого-цифровых устройств. Сложность заключается не только в минимизации потребляемого тока, но и в использовании в устройстве компонентов с одинаковым питающим напряжением, что чрезвычайно сложно. Возникает необходимость в источнике питания с несколькими (иногда более трех) выходными напряжениями.

Для решения этого вопроса специалисты компании GE ENERGY разработали неизолированные POL-преобразователи. Они преобразуют промежуточное напряжение в стабилизированное, находясь в непосредственной близости от нагрузки (отсюда происходит их название — point-of-load (POL), то есть локализованный к нагрузке преобразователь). Благодаря распределенной архитектуре вместо нескольких изолированных источников питания для управления нагрузкой используется один преобразователь с гальванической развязкой и несколько небольших POL-модулей.

На рис. 1 показан типовой пример применения нескольких DC/DC-преобразователей на основе неизолированных POL-модулей. Схема состоит из модуля питания серии Barracuda мощностью 400 Вт и неизолированных POL-модулей. Питание всех POL-модулей происходит по общей шине. Мониторинг цифровых модулей серии DLynx осуществляется через PMBus-шину.

Схема питания на основе неизолированных POL-модулей GE ENERGY

Рис. 1. Схема питания на основе неизолированных POL-модулей GE ENERGY

В схеме представлены все серии POL-модулей GE ENERGY: DLynx, ProLynx, TLynx и Naos Raport. Производитель может строить схему из всех четырех серий POL-модулей или выбрать одну, наиболее для него подходящую.

Построить систему питания можно с любым количеством выходных напряжений и минимальными потерями на проводниках. Кроме существенного снижения потерь энергии, POL-модули GE ENERGY позволяют значительно уменьшить размер, вес и конечную стоимость системы, увеличив при этом ее надежность.

POL-модули могут располагаться близко к источнику нагрузки, снижая при этом погрешности при ее регулировании и колебания напряжения во время переходных режимов работы. При этом высокий показатель эффективности обеспечивает благоприятный температурный режим работы без дополнительных мер отвода тепла. Этот тип распределенной архитектуры электропитания позволяет не только разработать дешевую и легкую систему, но и обеспечить высокую производительность.

Неизолированные POL-модули GE ENERGY представлены сериями DLynx, ProLynx, TLynx и Naos Raport.

Особенности неизолированных POL-модулей GE ENERGY:

  • Отсутствие гальванической развязки между входом и выходом (в ней нет необходимости, так как она уже присутствует в первичном источнике).
  • Высокая удельная мощность и малые габариты.
  • Широкий диапазон входных напряжений.
  • Программируемые выходные напряжения.
  • Полное семейство, многофункциональные решения (3, 6, 12, 20, 40 А).
  • Стандарт DOSA (форм-фактор, монтаж) для серий Pico, Micro (цифровые и аналоговые).
  • Двойная плотность (8–10 А/см2) + Tunable Loop (технология уменьшения размеров).
  • PMBus — системная шина управления и связи.
  • Dual Offering — цифровые и аналоговые версии.
  • Исключительные тепловые характеристики (–40… 85/105 °C).
  • КПД до 96%.

А теперь рассмотрим каждую из серий подробнее.

Серия DLynx

В семейство Dlynx неизолированных POL-модулей GE ENERGY входят серии PicoDlynx, MicroDlynx и MegaDlynx (табл. 1). Все они совместимы со стандартом DOSA, имеют цифровое и аналоговое управление и являются взаимозаменяемыми. Эти модули имеют широкий диапазон входных напряжений — 3–14,4 В и программируемое выходное напряжение 0,45–5,5 В. Запатентованная технология перестраиваемого цикла Tunable Loop (о ней речь пойдет далее) позволяет достигать высокой плотности тока (до 8,1 А/см2), при этом повышается надежность и производительность при сохранении доступной цены. В рамках архитектуры Lineage Power Total Efficiency серия DLynx обеспечивает КПД более чем 96%, позволяя сократить потери почти вдвое по сравнению со стандартными решениями.

Таблица 1. Технические характеристики серии DLynx

Серия Модель Входное напряжение, В Выходное напряжение, В Выходной ток, А Управление КПД, %
PicoDLynx PDT003 3–14 0,45–5,5 3 Цифровое 94
PVX003 0,6–5,5 3 Аналоговое 92
PDT006 0,45–5,5 6 Цифровое 94
PVX006 0,6–5,5 6 Аналоговое 94
PDT012 0,45–5,5 12 Цифровое 96
PVX012 0,6–5,5 12 Аналоговое 95
MicroDLynx UDT020 0,45–5,5 20 Цифровое 96
UVT020 0,6–5,5 20 Аналоговое 96
MegaDLynx MDT040 4,5–14,4 0,45–2 40 Цифровое 91,5
MVT040 0,6–2 40 Аналоговое 91,5

Неизолированные DC/DC-преобразователи гарантируют стабильную работу в температурном диапазоне –40… 85 °C. Это позволяет использовать данные модули в таких областях, как распределенные системы, корпоративные сети, телекоммуникационное оборудование, промышленные технологии и испытательное оборудование, микропроцессорные системы и рабочие станции.

Системная шина управления и связи PMBus поддерживает широкий спектр команд для управления и мониторинга модуля. Она совместима с Digital Power Insight GUI. Особенности: дистанционное включение/выключение, программируемое выходное напряжение, контроль перегрузки по току, перегреву, а также последовательности выходного напряжения.

Серия ProLynx

Это семейство POL-модулей 3-го поколения (табл. 2). Модули отличаются высокой эффективностью и улучшенным температурным режимом работы. Серия представлена устройствами APXW003 и APXW005. Их особенности: широкий диапазон входного напряжения (9–36 В), программируемый выходной диапазон напряжения 3–18 В, выходной ток 3/5 А. Модули способны работать при температуре до 105 °C и выдерживают высокий уровень вибрации (MIL STD 810F). Области применения: космос, авиация, промышленность и автомобилестроение, медицинское и военное оборудование, datacom и телекоммуникации.

Таблица 2. Технические характеристики серии ProLynx

Серия Модель Входное напряжение, В Выходное напряжение, В Выходной ток, А Управление КПД, %
ProLynx APXW003 9–36 3–18 3 Аналоговое 97
APXW005 5 96

Серия TLynx

Особенностью семейства модулей TLynx является миниатюрная конструкция, так как они предназначены для поверхностного монтажа на плату (табл. 3). Линейка представлена модулями PicoTLynx, MegaTLynx и GigaTLynx. В зависимости от модели диапазон входных напряжений может быть 3–14; 8–16; 6–14 и 4,5–14 В. Есть ряд выходных напряжений: 0,6–5,5; 0,6–8; 0,8–3,63; 0,7–2 В, что позволяет применять модули этой серии в широком спектре устройств. Все модули имеют защиту от перегрева и сверхтоков, программируемое выходное напряжение и дистанционное управление включением/выключением.

Таблица 3. Технические характеристики серии TLynx

Серия Модель Входное напряжение, В Выходное напряжение, В Выходной ток, А КПД, %
PicoTLynx APXS002 3–14 0,6–5,5 2 96
APXK004 8–16 0,6–8 4
MegaTLynx APTS030 6–14 0,8–3,63 30
GigaTLynx APTS050 4,5–14 0,7–2 50 95

Серия Naos Raport

Преобразователи серии Naos Raport поставляются в стандартном вертикальном SIP-корпусе, что позволяет уменьшить посадочное место на плате (табл. 4). Эти модули работают в широком диапазоне входного напряжения (3–14 В) и обеспечивают точное регламентированное выходное напряжение 0,59–6 В, настраиваемые через внешний резистор. Они обеспечивают ток до 60 А на выходе. Контур управления оптимизирован с помощью функции Tunable Loop, что позволяет улучшить переходные характеристики в пять раз.

Таблица 4. Технические характеристики серии Naos Raport

Серия Модель Входное напряжение, В Выходное напряжение, В Выходной ток, А КПД, %
Naos Raptor NQR002 3–14 0,6–5,5 2 93
NSR003 4,5–14 0,59–6 3 93
NSR006 4,5–14 0,59–6 6 92
NQR010 4,5–14 0,59–6 10 94
NSR020 4,5–13,8 0,59–6 20 97
NSR040 5–13,8 0,6–5 40 95
NSR050 5–14,0 0,6–2 50 93
NRS060 5–13,8 0,6–5 60 95

Особенности: дистанционное управление включением/выключением, программируемое выходное напряжение и ток, защита от перегрева и сверхтоков, температура хранения –55… +125 °C. Серия Naos Raport представлена модулями NSR002, NSR003, NSR006, NQR010, NSR020, NSR040, NSR050 и NSR060.

Технология Tunable Loop

Уникальность неизолированных POL-модулей GE ENERGY заключается в запатентованной технологии Tunable Loop. Повторим, что технология перестраиваемого цикла Tunable Loop позволяет достигать высокой плотности тока — до 8,1 А/см2. Это преимущество модуля осуществляется путем простого программирования функций, что позволяет улучшить его технические параметры.

Особенности технологии Tunable Loop включают:

  • уменьшение размера модуля (рис. 2);
    Сравнение габаритов модулей при использовании

    Рис. 2. Сравнение габаритов модулей при использовании: а) традиционной технологии; б) технологии Tunable Loop
  • сокращение переходных процессов (рис. 3);
    Временные диаграммы переходных процессов

    Рис. 3. Временные диаграммы переходных процессов: а) без Tunable Loop; б) с применением Tunable Loop
  • сокращение емкости (рис. 4).
    Сокращение емкости

    Рис. 4. Сокращение емкости: а) без технологии Tunable Loop; б) с технологией Tunable Loop

Заключение

Требования к инженерным решениям для телекоммуникационного оборудования весьма велики. Необходимо создавать большие напряжения при более высоких токах, с повышенным КПД и меньшими шумами при меньших занимаемых площадях. Кроме того, это решение должно быть выгодным по цене.

Применяя неизолированные POL-модули GE ENERGY (рис. 5), можно одновременно учесть размер, производительность и стоимость всей системы. Широкий диапазон входных напряжений и программируемый диапазон выходных напряжений позволяют компоновать модули в различные схемы, необходимые заказчику.

Неизолированные POL-модули GE ENERGY

Рис. 5. Неизолированные POL-модули GE ENERGY

Благодаря уникальной технологии Tunable Loop можно легко и быстро моделировать преобразователи, интегрировать их в уникальные системы, адаптировать их под конкретного заказчика и быстро выводить на рынок.

Системы телекоммуникации, построенные на ультрасовременных неизолированных РOL-модулях, позволяют разработчикам сократить размеры систем и уменьшить рассеиваемую мощность, при этом созданные системы будут соответствовать требованиям по электропитанию высокоэффективных цифровых схем.

*  *  *

Другие статьи по этой теме


Скачать статью в формате PDF

Скачать статью в формате PDF 2012_05_56.pdf  

 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо

В таком рейтинге хостеров можно найти практически всех киевских провайдеров хостинга до $1/мес.