eng
Выпуск #2/2012
Е.Рабинович
DC-DC-преобразователи компании TDK-Lambda: тряски не боятся
DC-DC-преобразователи компании TDK-Lambda: тряски не боятся
Просмотры: 2489
В начале 2010 года компания TDK-Lambda – мировой лидер в производстве источников питания – представила промышленному рынку линейку модульных DC-DC-прелбразователей серии CN-A, разработанных для железнодорожных применений. Об их особенностях и преимуществах рассказывается в статье.
Серия CN-A включает конверторы различной мощности. Первые модули серии CN-A имели мощность 30, 50 и 100 Вт. Затем семейство было дополнено 200-Вт модулями. Все эти конверторы имеют расширенный входной диапазон напряжений (60–160 В) и набор выходных напряжений 5, 12, 15 и 24 В. В июле 2011 компания TDK-Lambda пополнила серию 100-ваттными модулями с низким входным номиналом 24 В.
Модули CN-A охлаждаются через теплоотводную платформу и обеспечивают полную мощность при температуре платформы от -40 до 100˚C! Корпус блоков мощностью до 100 Вт имеет размеры 1/4 стандартного форм-фактора brick (57,9×36,8×12,7 мм) (рис.1), а 200-Вт моделей – 1/2 стандарта brick (рис.2). Таким образом, удельная мощность находится в пределах 60,5 Вт/куб.дюйм. КПД зависит от конкретной модели и достигает 88%.
Конверторы СN-A представляют собой прямоходовые преобразователи типа Forward с диодным выпрямлением. А в 5-В моделях для уменьшения потерь и увеличения КПД применяется также синхронное выпрямление на основе транзисторов типа MOSFET.
Преобразователь имеет такие стандартные функции как выводы для выносной обратной связи, защиту от перенапряжения и перенагрузки, изоляцию "вход-выход" ~3000 В, выводы для дистанционного включения-выключения, а также возможность регулирования выхода в диапазоне ±10% от номинала. Например, у модели CN100A24-24 диапазон подстройки от 21,6 до 26,4 В. Встроенная функция параллельной работы у 200-Вт модулей позволяет включать параллельно до трех модулей для наращивания выходной мощности.
Так как железнодорожное оборудование должно быть очень надежным, что называется, по определению, модули серии CN-A отвечают требованиям соответствующих стандартов: подраздела E 5006 японского стандарта JIS (регламентирует работу изделий, применяемых на железнодорожном транспорте) и стандарта международной электротехнической комиссии IEC61373.
Рассмотрим соответствие модулей CN-A стандарту IEC61373. Этот стандарт предъявляет повышенные требования при тестировании оборудования на виброустойчивость и ударостойкость и определяет возможность использования изделия на железнодорожном транспорте. Железнодорожное оборудование в стандарте IEC61373 делится на категории и классы (табл.1, рис.3). Вкратце все изделия можно классифицировать как устанавливаемые на корпусе вагона или локомотива (категория 1), на тележке (категория 2) и на осной сборке (категория 3).
Модули CN-A относятся к категории 1 класс B и предназначены для монтажа внутри корпуса устройства или отделения (шкаф, бокс, ящик и т.д.), который, в свою очередь, крепится непосредственно к кузову. Такое изделие должно иметь необходимую надежность, определяемую испытаниями на соответствие стандарту.
Модули CN-A проходили такие испытания, подвергаясь определенному спектру случайных вибраций. Они характеризуются распределением спектральной плотности ускорений (СПУ) по частотам, а также среднеквадратичным значением ускорения (интегральная характеристика). Форма спектра СПУ (рис.4) задается так: приблизительно до 20 Гц – это постоянное по частоте значение СПУСТ, определяемое стандартом (табл.2), далее линия (в логарифмическом масштабе) с наклоном 6 дБ на октаву. Значение СПУ при максимальной частоте рассчитывается исходя из СПУСТ и наклона. Как видно из табл.2, требования к СПУ различны для направлений по осям X, Y и Z. Обычно ось X обозначает направление "вперед-назад", ось Y – "из стороны в сторону" и ось Z – "вверх-вниз". Но поскольку невозможно заранее предугадать, как будет расположен модуль относительно корпуса вагона в различных проектах, испытания конверторов CN-A по всем направлениям проводятся с максимальным значением СПУ (соответствующим оси Z).
Одно из испытаний – тест на продолжительную работоспособность (Long Life Random Test). Устройство подвергается вибрациям, находясь в выключенном состоянии, а по завершении воздействия проверяется его работоспособность. Все испытанные модели успешно прошли этот тест и сохраняли свою работоспособность при последующем включении.
Во втором испытании изделие подвергается случайной вибрации во включенном на полную нагрузку состоянии, и при этом измеряется его выходное напряжение. Это так называемый рабочий тест (Functional Random Test). При проведении этого теста все модели CN-A функционировали нормально, а напряжение, измеренное на выходе, отклонялось не более 0,15% от номинального значения (что намного ниже нормы).
Важно также отметить, что источники серии CN-A имеют гарантию пять лет, обладают знаком СЕ, а также одобрены по стандартам безопасности UL/EN60950-1.
Характеристики источников серии CN-A позволяют успешно применять их на подвижных составах. Они могут питать различные системы управления и связи мощностью от 30 до 200 Вт и выше (за счет функции параллельной работы) и легко встраиваются в эти системы благодаря малым габаритам. ●
Модули CN-A охлаждаются через теплоотводную платформу и обеспечивают полную мощность при температуре платформы от -40 до 100˚C! Корпус блоков мощностью до 100 Вт имеет размеры 1/4 стандартного форм-фактора brick (57,9×36,8×12,7 мм) (рис.1), а 200-Вт моделей – 1/2 стандарта brick (рис.2). Таким образом, удельная мощность находится в пределах 60,5 Вт/куб.дюйм. КПД зависит от конкретной модели и достигает 88%.
Конверторы СN-A представляют собой прямоходовые преобразователи типа Forward с диодным выпрямлением. А в 5-В моделях для уменьшения потерь и увеличения КПД применяется также синхронное выпрямление на основе транзисторов типа MOSFET.
Преобразователь имеет такие стандартные функции как выводы для выносной обратной связи, защиту от перенапряжения и перенагрузки, изоляцию "вход-выход" ~3000 В, выводы для дистанционного включения-выключения, а также возможность регулирования выхода в диапазоне ±10% от номинала. Например, у модели CN100A24-24 диапазон подстройки от 21,6 до 26,4 В. Встроенная функция параллельной работы у 200-Вт модулей позволяет включать параллельно до трех модулей для наращивания выходной мощности.
Так как железнодорожное оборудование должно быть очень надежным, что называется, по определению, модули серии CN-A отвечают требованиям соответствующих стандартов: подраздела E 5006 японского стандарта JIS (регламентирует работу изделий, применяемых на железнодорожном транспорте) и стандарта международной электротехнической комиссии IEC61373.
Рассмотрим соответствие модулей CN-A стандарту IEC61373. Этот стандарт предъявляет повышенные требования при тестировании оборудования на виброустойчивость и ударостойкость и определяет возможность использования изделия на железнодорожном транспорте. Железнодорожное оборудование в стандарте IEC61373 делится на категории и классы (табл.1, рис.3). Вкратце все изделия можно классифицировать как устанавливаемые на корпусе вагона или локомотива (категория 1), на тележке (категория 2) и на осной сборке (категория 3).
Модули CN-A относятся к категории 1 класс B и предназначены для монтажа внутри корпуса устройства или отделения (шкаф, бокс, ящик и т.д.), который, в свою очередь, крепится непосредственно к кузову. Такое изделие должно иметь необходимую надежность, определяемую испытаниями на соответствие стандарту.
Модули CN-A проходили такие испытания, подвергаясь определенному спектру случайных вибраций. Они характеризуются распределением спектральной плотности ускорений (СПУ) по частотам, а также среднеквадратичным значением ускорения (интегральная характеристика). Форма спектра СПУ (рис.4) задается так: приблизительно до 20 Гц – это постоянное по частоте значение СПУСТ, определяемое стандартом (табл.2), далее линия (в логарифмическом масштабе) с наклоном 6 дБ на октаву. Значение СПУ при максимальной частоте рассчитывается исходя из СПУСТ и наклона. Как видно из табл.2, требования к СПУ различны для направлений по осям X, Y и Z. Обычно ось X обозначает направление "вперед-назад", ось Y – "из стороны в сторону" и ось Z – "вверх-вниз". Но поскольку невозможно заранее предугадать, как будет расположен модуль относительно корпуса вагона в различных проектах, испытания конверторов CN-A по всем направлениям проводятся с максимальным значением СПУ (соответствующим оси Z).
Одно из испытаний – тест на продолжительную работоспособность (Long Life Random Test). Устройство подвергается вибрациям, находясь в выключенном состоянии, а по завершении воздействия проверяется его работоспособность. Все испытанные модели успешно прошли этот тест и сохраняли свою работоспособность при последующем включении.
Во втором испытании изделие подвергается случайной вибрации во включенном на полную нагрузку состоянии, и при этом измеряется его выходное напряжение. Это так называемый рабочий тест (Functional Random Test). При проведении этого теста все модели CN-A функционировали нормально, а напряжение, измеренное на выходе, отклонялось не более 0,15% от номинального значения (что намного ниже нормы).
Важно также отметить, что источники серии CN-A имеют гарантию пять лет, обладают знаком СЕ, а также одобрены по стандартам безопасности UL/EN60950-1.
Характеристики источников серии CN-A позволяют успешно применять их на подвижных составах. Они могут питать различные системы управления и связи мощностью от 30 до 200 Вт и выше (за счет функции параллельной работы) и легко встраиваются в эти системы благодаря малым габаритам. ●
Отзывы читателей
