DC/DC-преобразователи напряжения и DC/DC-регуляторы напряжения компании Ericsson Power Modules

Компания Ericsson Power Modules (ранее Ericsson Microelectronics AB) входит в число ведущих компаний по производству DC/DC-модулей питания для различных применений. А начиналось все в 1981 году, когда в группе компаний Ericsson появилось перспективное оборудование для разработки и производства миниатюрных DC/DC-преобразователей напряжения. В 1983 году подразделением Energy Systems корпоративного отдела Ericsson Components начат выпуск интегральных преобразователей постоянного напряжения — DC/DC-преобразователей. С этого времени открылась новая страница в истории развития модулей питания. Разработанные преобразователи напряжения, в отличие от ранее выпускаемых модулей питания, имели малые габариты, высокий уровень интеграции, хорошую теплоотдачу, низкую стоимость. Новые стандартные силовые модули стали основой построения систем питания с распределенной структурой прежде всего для телекоммуникационного оборудования. При разработке модулей питания максимально учитывались требования рынка, возможности современных технологий, способы охлаждения, соответствие стандартам национальных и международных организаций. В дальнейшем ежегодно на рынке силовой электроники появляются новые DC/DC-преобразователей напряжения, новые высокоэффективные модули питания подразделения Energy System. Развитие модулей питания шло по пути повышения интеграции, сокращения числа элементов, применения эффективных схем и топологий преобразователей напряжения, повышения нагрузочной способности, миниатюризации. Важным направлением было снижение величины выходного напряжения при увеличении выходного тока, что соответствует современным тенденциям в полупроводниковой и микропроцессорной технике.

Знаменательными годами в истории подразделения Energy System группы компаний Ericsson были:

• 1993 год — разработан и поступил в продажу модуль питания серии PKF MacroDens™ — первый DC/DC-преобразователей напряжения высокой плотности мощности с поверхностным монтажом (рис. 1);
• 1996 год — учреждено совместное предприятие в Шанхае (Китай) — Ericsson Simtec Electronics Company Ltd.;
• 1997 год — открыт центр разработки высокоплотных DC/DC-преобразователей напряжения на базе компании Richardson, штат Техас (США);
• 1999 год — выпущены первые преобразователи напряжения большой мощности;
• 2001 год — в соответствии с требованиями потребителей на рынке появились первые экологически чистые (без свинца) DC/DC-преобразователей напряжения серии PKD (рис. 2).
• 2002 год — открыт новый завод по производству DC/DC-преобразователей напряжения в Калмар (Швеция).
• 2002 год — образована компания Ericsson Power Modules как автономная компания внутри группы компаний Ericsson.

Рис. 1.

Рис. 2.

В 2003 году, спустя 20 лет с начала производства высокоинтегрированных DC/DC-преобразователей напряжения, компания Ericsson Power Modules поставляла на рынок 17 серий модулей питания, включающих более 200 типономиналов DC/DC-преобразователей напряжения и DC/DC-регуляторов напряжения на мощность от 1,6 до 366 Вт.

DC/DC-модули питания фирмы Ericsson Power Modules находят применение в телекоммуникационном оборудовании, в компьютерной и офисной технике, в промышленной и специальной электронике различных стран. Например, в Японии, которая известна своими высокими требованиями к качеству компонентов, реализовано более 3 миллионов DC/DC-преобразователей напряжения фирмы Ericsson Power Modules. В России и странах СНГ модули питания компании Ericsson Power Modules также находят широкое применение в различной аппаратуре.

Основные технические характеристики модулей питания, которые в настоящее время производятся компанией Ericsson Power Modules, представлены в таблице. Указанные в таблице данные позволяют определить серию модуля питания, которая удовлетворяет заданным требованиям на величину входного и выходного напряжений и ток в нагрузке при необходимом количестве выходов. Первые 16 серий (серии PKV…PKL) — DC/DC-преобразователей напряжения, серии PMA, PMB и PMC — DC/DC-регуляторы напряжения. Серии PKM-C, PKJ-E, PKB и PMA компания Ericsson Power Modules выпустила в продажу в 2003 году. В первом квартале 2004 года компания начинает выпускать DC/DC-модули питания серий PMB, PMC и PKM-E.

Характерные особенности модулей питания:

• широкий диапазон входных напряжений: 9…75 В для DC/DC-преобразователей напряжения и 3…16 В для DC/DC-регуляторов напряжения;
• DC/DC-преобразователей напряжения выпускаются с одним, двумя и тремя выходными напряжениями в диапазоне от 0,9 до 28,2 В. DC/DC-регуляторы напряжения выпускаются с одним выходным напряжением в диапазоне от 0,75 до 5 В;
• точность выходного напряжения: ±1%;
• максимальный ток в нагрузке: 100 А;
• КПД: до 95,5%;
• высокая плотность мощности: до 7,69 Вт/см3 (DC/DC-преобразователей напряжения серии PKL) и до 15,8 Вт/см3 (DC/DC-регуляторы напряжения серии PMC);
• напряжение изоляции (вход-выход): до 2250 В (DC) для DC/DC-преобразователей напряжения. DC/DC-регуляторы напряжения выполнены без гальванической развязки вход-выход;
• температурный коэффициент: ±(0,02…0,03)%/°С;
• диапазон допустимых температур корпуса: –40… +100 (115) °С. Ряд серий преобразователей и регуляторов напряжения обеспечивают заданные выходные параметры без дополнительных теплоотводов;
• диапазон температур хранения: –55…+125 °С;
• наработка на отказ: до 10 млн часов (DC/DC-преобразователей напряжения серии PKF) и до 17 млн часов (DC/DC-регуляторы напряжения серий PMB и PMC); частота переключения: до 510 кГц;
• шумы и пульсации на выходе преобразователей и регуляторов напряжения соответствуют международным стандартам по электромагнитной совместимости EN 55022/CISPR 22 и стандарту США FCC part 15J;
• прекрасные динамические характеристики: 100 мкс при пике напряжения 150 мВ;
• низкий профиль (до 7,5 мм для преобразователей напряжения серии PKD) обеспечивает особые преимущества при использовании в аппаратуре с монтажной высотой 15 мм;
• возможность монтажа как в отверстия, так и на поверхность печатных плат при горизонтальном и вертикальном размещении модулей питания.

DC-DC преобразователей напряжения и DC/DC-регуляторы напряжения имеют защиту от короткого замыкания, перегрева, перегрузки по току и напряжению. Многие серии модулей питания допускают параллельное и последовательное включение. В ряде из них реализованы возможности внешней синхронизации при параллельной работе и режимы дистанционного включения-отключения выходного напряжения при положительной и отрицательной логике.

Одними из наиболее востребованных являются DC/DC-преобразователей напряжения серии PKF MacroDens. Компания Ericsson Power Modules за 10 лет (с 1993 года по 2003 год) реализовала более 27 миллионов DC/DC-преобразователей напряжения этой серии. В настоящее время потребители могут использовать более 40 типов преобразователей напряжения серии PKF. Преобразователи напряжения допускают монтаж в отверстия (индекс PI) и на поверхность (индекс SI) печатных плат.

Особенности DC/DC-преобразователей напряжения, которые поступили в продажу в последнее время:

• Серии PKM-C и PKJ-E. Преобразователи напряжения этих серий унаследовали все положительные качества аналогичных серий PKM и PKJ, а новые технологии преобразования и новые магнитные материалы позволили повысить КПД и обеспечить прекрасные выходные характеристики без дополнительных теплоотводов. В преобразователях напряжения реализованы функции защиты от перенапряжений и от короткого замыкания, от превышения температуры, режимы мягкого старта, дистанционного управления и регулировки выходного напряжения. DC/DC-преобразователей напряжения серии PKM-C (рис. 3) выполнены на многослойных платах, имеют дополнительные выводы выходного тока. Такая конструкция принята по согласованию с другими производителями DC/DC-преобразователей напряжения и в дальнейшем будет базовым стандартом корпуса. В DC/DC-преобразователях напряжения серии PKJ-E (рис. 4) объединены проверенные электрические решения серий PKN и PKJ, и это позволило оптимизировать важнейшие электрические характеристики. В преобразователях напряжения используется технология синхронного выпрямления и достигается КПД 93% при полной нагрузке.

Рис. 3.

Рис. 4.

• Серия PKM-E. Семейство индустриального стандарта quarter brick (рис. 5). Серия преобразователей напряжения характеризуется высокой надежностью, доступными ценами, разработана по технологии минимального воздействия на окружающую среду. Особенно привлекательным для потребителей является наличие диапазона входных напряжений 18…36 В (для промежуточных шин питания величиной 24 В).

Рис. 5.

• Серия PKB. Новое семейство DC/DC-преобразователей напряжения индустриального стандарта quarter brick. Его габариты на 30%, а стоимость на 50% меньше, чем у других преобразователей с аналогичными электрическими характеристиками. Наработка на отказ (MTBF) более 3,7 млн часов при температуре окружающей среды +85 °С. В настоящее время эти преобразователи напряжения выпускаются в корпусе для монтажа в отверстия печатной платы (рис. 6). В ближайшее время преобразователи напряжения этой серии будут выпускаться и в корпусе для поверхностного монтажа на плату.

Рис. 6.

Особенности DC/DC-регуляторов напряжения

DC/DC-регуляторы напряжения компании Ericsson Power Modules характеризуются низкими значениями входных напряжений, отсутствием гальванической развязки между входом и выходом. Они будут широко использоваться для установки в непосредственной близости от нагрузки (point of load — POL) и совместно с DC/DC-преобразователей напряжения с гальванической развязкой обеспечат эффективное функционирование систем распределенного питания с дополнительными значениями выходных напряжений. Обладая высоким КПД, они эффективно работают без дополнительных теплоотводов. В серии PMA (рис. 7) предусмотрена возможность регулировки выходного напряжения в небольших пределах с помощью внешнего резистора. Реализован режим дистанционного управления с использованием отрицательной и положительной логики. Возможна взаимная синхронизация DC/DC-регуляторов напряжения при их параллельном соединении. Корпус предназначен для монтажа на поверхность печатной платы. В сериях PMB (рис. 8) и PMC (рис. 9) регулировка выходного напряжения с помощью внешнего резистора может осуществляться в более широких пределах (0,75…3,6 В), что будет полезным при выборе оптимального напряжения питания разрабатываемых устройств, например, для обеспечения оптимального режима работы микропроцессорных систем. Регулировка выходного напряжения осуществляется внешним резистором Radj, который подключается между выводами Vadj и GND (рис. 10). Величина сопротивления резистора определяется выражением:

Рис. 7.

Рис. 8.

Рис. 9.

Для получения выходного напряжения, равного 0,75 В, внешний резистор не требуется. Максимальная величина выходного напряжения равна 3,6 В. Корпус DC/DC-регуляторов напряжения серии PMB предназначен для монтажа в отверстия на печатной плате при вертикальном размещении модуля питания. DC/DC-регуляторы напряжения серии PMC предназначены для монтажа на поверхность печатной платы.

В 2004 году компания Ericsson Power Modules присоединилась к альянсу POLA (Point of Load Alliance), который образован в 2003 году компаниями Texas Instruments, Emerson Network Power и Artesyn. Входящие в альянс компании будут предлагать потребителям модули питания со стандартными размерами и расположением выводов, что позволит применять их компоненты с одинаковыми техническими характеристиками без изменения разводки печатной платы.

Среди продукции компании Ericsson Power Modules имеются теплоотводы (радиаторы), повышающие эффективность использования DC/DC-преобразователей напряжения при работе в широком диапазоне температур. Оптимальные геометрические размеры, малый вес, низкие значения теплового сопротивления между корпусом DC/DC-преобразователя напряжения и окружающей средой — вот основные особенности теплоотводов фирмы Ericsson Power Modules.

Компания Ericsson Power Modules предоставляет потребителям отладочные платы (testboard) на некоторые серии DC/DC-преобразователей напряжения и DC/DC-регуляторов напряжения для изучения их возможностей.

Компания Ericsson Power Modules постоянно расширяет номенклатуру своих изделий, работает над улучшением качества и надежности своей продукции, снижением ее стоимости. Компания увеличивает инвестиции в разработку и производство, чтобы сохранить положение лидера в области создания компонентов систем питания для различных применений: телекоммуникационное оборудование, медицинская аппаратура, военная и космическая промышленность, индустриальные приложения. Особое внимание компания уделяет производству экологически чистых модулей питания. Благодаря использованию передовых технологий и новых материалов модули питания компании Ericsson Power Modules удовлетворяют всем международным стандартам по воздействию на окружающую среду. Предприятиям компании Ericsson Power Modules присвоен сертификат качества ISO 9001/14001.