Сравнение общепромышленных DC/DC-модулей питания в корпусе DIP24

Опубликовано в номере:

 

 

Для сравнительного анализа и испытания авторы статьи выбрали пять наиболее популярных пин-ту-пин заменяемых наименований, ограничившись лишь одним классом таких импульсных преобразователей — 6–ваттными модулями питания со входом 2:1 и выходным напряжением 12 В. Выбор пал на производителей Aimtec, Peak-Electronics, Chinfa-Electronics, Mean Well и Traco Power.

 

Источники питания являются неотъемлемым элементом любого радиоэлектронного средства. По мере расширения и развития области применения радиоэлектронных средств неуклонно совершенствуются и источники их питания. Наглядный пример, подтверждающий данный тезис, — «судьба» низкочастотных трансформаторных блоков питания. Повсеместно применявшиеся в бытовой и промышленной технике всего лишь несколько десятилетий назад, сейчас они бесповоротно вытеснены импульсными источниками питания (ИИП), обладающими высокой экономичностью и улучшенными массо–габаритными показателями. Но даже такие высокотехнологичные, казалось бы, столь совершенные изделия постоянно продолжают изменяться и улучшаться. В своей статье авторы освещают современное состояние такого процесса, опираясь на тестовые испытания одного из самых распространенных классов импульсных источников питания — 6–ваттных модулей типоразмера DIP24 от различных производителей.

 

Классическое построение ИИП

Принцип функционирования импульсных понижающих DC/DC-преобразователей, пришедших на смену низкочастотным источникам питания, достаточно прост. Рассмотрим его по структурной схеме, показанной на рис. 1. Входное напряжение UВХ приложено к клеммам А, Б. После преобразования выходное напряжение поступает на сопротивление нагрузки RH. Основной элемент такой схемы — дроссель L1. Диаграммы импульсного напряжения и тока в нем иллюстрирует рис. 2.

Рис. 1. Сравнение общепромышленных DC/DC-модулей питания в корпусе DIP24

В установившемся режиме при замкнутом коммутаторе KS1 (интервал времени tON) коммутирующий диод VD1 закрыт положительным напряжением на его катоде, поскольку левый по схеме вывод дросселя подключен к плюсовому выводу источника входного напряжения, а правый постоянно соединен с плюсом выходного напряжения. Под воздействием разности этих напряжений (UВХ–UВЫХ) ток в накопительном дросселе (на Рис. 1. — iL ON) нарастает от значения IMIN до значения IMAX (рис. 2), что соответствует накоплению энергии магнитного поля в нем. Линейно нарастающий ток также заряжает конденсатор СВЫХ, и при этом через нагрузку RH протекает ток со средним значением IСР=IH. Замкнутый контур протекания тока iL ON образуют элементы: клемма А–RДТ– KS1– L1–RH-клемма Б.

Рис. 2. Сравнение общепромышленных DC/DC-модулей питания в корпусе DIP24

После размыкания коммутатора KS1 (интервал времени tOFF) ток в дросселе L1 мгновенно исчезнуть не может, что приводит к открыванию коммутирующего диода VD1 и подключению левого вывода дросселя к общему проводу питания. В результате направление прохождения тока сменится с iL ON на iL OFF (рис. 1), и он будет протекать по замкнутому контуру L1–RH–VD1. Дроссель отдает накопленную энергию, при этом ток линейно убывает от значения IMAX до значения IMIN (рис. 2).

Управление коммутатором KS1 осуществляет ШИМ–контроллер А1 (в его состав входит автоколебательный генератор пилообразного напряжения и усилитель сигнала ошибки, далее ОУ — операционный усилитель). Изменение выходного напряжения контролируется компаратором А2 с помощью делителя напряжения R1/R2. Компаратор сравнивает сигнал с делителя напряжения с образцовым напряжением, подаваемым на неинвертирующий вход, и изменяет параметры ШИМ таким образом, чтобы компенсировать изменение выходного напряжения, связанного с нестабильностью входного напряжения и нагрузки. При этом используют два класса ШИМ–контроллеров: 1) так называемые релейные коммутаторы с дельта–сигма модуляцией, в которых частота преобразования зависит от входного напряжения и нагрузки; 2) ШИМ–контроллеры с фиксированной частотой преобразования.

В устройствах первого класса частоту повторения коммутирующих импульсов устанавливает компаратор А2, отслеживающий напряжение в нагрузке, и для многих специализированных микросхем изменения частоты весьма значительны — в пределах 0,1…500 кГц, в зависимости от нагрузки. Используемый в этих устройствах сигнал, снимаемый с датчика тока RДТ, определяет длительность замкнутого состояния коммутатора KS1, а также ограничивает коммутируемый ток при непомерном увеличении нагрузки. Процесс преобразования энергии, особенно при ее малом потреблении, может прекращаться под воздействием компаратора А2, фиксирующего превышение выходным напряжением некоторого заданного порогового значения, и тогда энергия в сглаживающий конденсатор передается не непрерывно с каждым импульсом, а пачками импульсов, чередуя периоды активности и покоя преобразователя. Такой процесс характерен для подобных преобразователей, работающих в режиме минимальной мощности, соответствующей 10…20 % от ее максимального значения.

В устройствах второго класса преобразователь с фиксированной частотой коммутирующих импульсов под расчетной нагрузкой работает в режиме непрерывного тока в обмотке дросселя, что соответствует условию: IMIN>0 (рис. 2). При этом основное регулирование длительности импульсов происходит по управляющему сигналу ОУ в ШИМ–контроллере А1, а сигнал с датчика тока RДТ используется для защиты преобразователя в аварийных ситуациях. И только в режиме минимальной мощности (PMIN=0,1…0,2PMAX) дроссель переходит в режим прерывистого тока, когда IMIN=0.

При разработке ИИП индуктивность основного элемента преобразователя — накопительного дросселя L1 — выбирают достаточно большой, а воздействующую на него разность напряжений (UВХ–UВЫХ) и длительность коммутирующего импульса tON (или период частоты преобразования T=1/f, что равноценно) достаточно малыми, чтобы в магнитопроводе дросселя не возникало магнитное насыщение. Следовательно, в ИИП при номинальном токе нагрузки частота преобразования определяет величину индуктивности дросселя, и наоборот. Поэтому у разных производителей при одинаковых входных и выходных параметрах ИИП частоты преобразования могут значительно отличаться.

Как показано на рис. 2б, разность I=IMAX–IMIN характеризует полный размах (от пика до впадины) пульсаций тока в дросселе относительно среднего значения IСР, равного постоянному току в нагрузке IН. Для характеристики пульсаций тока используют коэффициент пульсаций kП=I/IСР. Очевидно, что пульсациям подвержен не только ток в ИИП, но и напряжение на выходном оксидном сглаживающем конденсаторе, эквивалентное последовательное сопротивление которого ограничено некоторым конечным значением. Чтобы уменьшить пульсации выходного напряжения в ИИП, параллельно сглаживающему оксидному обычно включают пленочные (керамические) конденсаторы, способствующие существенному снижению пульсаций выходного напряжения, которые измеряются полным размахом — от пика до впадины.

 

Модифицированный DC/DC-преобразователь

Многолетняя эксплуатация классических импульсных DC/DC-преобразователей подтвердила их высокие технико–экономические показатели, благодаря чему такие ИИП достаточно широко позиционируются в радиоэлектронных средствах и в настоящее время. Однако одно из свойств классического преобразователя — гальваническая связь между входным и выходным напряжением — затрудняет его прямое применение в особых условиях эксплуатации без некоторых дополнительных мер, усложняющих устройство. Например, наличие такой связи в охранных системах и телекоммуникационном оборудовании может привести к поражению электрическим током персонала, эксплуатирующего технические средства. Другое негативное последствие прямой гальванической связи между источником тока и потребителем — при возникновении отказа в одном из элементов ИИП (KS1, A1, A2 — рис. 1) входное напряжение, значительно превышающее требуемое выходное, напрямую поступает к нагрузке, повреждая ее.

Именно поэтому в современных DC/DC-преобразователях разработчики успешно модифицировали классическое построение ИИП, применяя вместо накопительного дросселя… трансформатор. Впрочем, идея такого преобразования не нова. Похоже, что схемотехническое решение трансформаторных обратноходовых преобразователей пришло именно из высоковольтных приложений к низковольтным, а не наоборот.

Рассмотрим структурную схему (рис. 3) модифицированного DC/DC-преобразователя [1]. Здесь L1C1C2 — входной помехоподавляющий П–образный фильтр (в оригинале — Pi network); KS1, A1, A2 — как и на рис. 1, коммутатор, ШИМ–контроллер, компаратор с источником образцового напряжения соответственно; С3, С4 — сглаживающие пульсации конденсаторы; L2, С5 — выходной помехоподавляющий фильтр; VD1 — выходной выпрямительный диод; U1 — оптоэлектронный преобразователь, содержащий излучающий диод на вторичной стороне и фототранзистор — на первичной.

Рис. 3. Сравнение общепромышленных DC/DC-модулей питания в корпусе DIP24

Функционирование такого модифицированного преобразователя практически не отличается от рассмотренного ранее. В установившемся режиме на интервале tON замкнут коммутатор KS1, к первичной обмотке трансформатора приложено входное напряжение плюсом к верхнему по схеме выводу, минусом — к нижнему. В обмотке линейно нарастает ток от значения IMIN до значения IMAX (рис. 2). В трансформаторе накапливается энергия. Вторичная обмотка включена противофазно (относительно общего провода) первичной, поэтому к аноду VD1 приложено отрицательное напряжение, он закрыт.

На интервале tOFF коммутатор размыкается, в первичной обмотке возникает ЭДС самоиндукции, изменяется полярность напряжения как на первичной обмотке, так и на вторичной, в результате диод VD1 открывается, и во вторичной обмотке возникает линейно убывающий от IMAX до IMIN ток (рис. 2). Запасенная ранее в трансформаторе энергия передается в сглаживающий фильтр и нагрузку.

Как и в классическом преобразователе, компаратор А2 отслеживает увеличение и уменьшение выходного напряжения, соответствующим образом изменяя ток излучающего диода в оптоэлектронном преобразователе U1. При этом фототранзистор в первичной цепи преобразователя изменяет эквивалентное сопротивление участка коллектор–эмиттер, воздействуя на ШИМ–контроллер, который управлением коэффициентом заполнения коммутирующих импульсов стабилизирует выходное напряжение, нейтрализуя при этом воздействие дестабилизирующих факторов. Это значит, что трансформатор в модифицированном преобразователе можно рассматривать как некоторый индуктивный элемент (многообмоточный дроссель), осуществляющий гальваническую развязку между входными и выходными цепями питания, исключая опасность поражения током персонала на вторичной стороне. Отсюда же проистекает и другое замечательное свойство модифицированного преобразователя — в случае отказа любого элемента выходное напряжение просто исчезнет, не подвергая риску повреждения нагрузку, подключенную к ИИП, как это было в классическом преобразователе.

Общая характеристика модифицированных DC/DC-преобразователей

Благодаря высокой эффективности и сравнительно простому схемотехническому построению, модифицированные DC/DC-преобразователи заняли лидирующие позиции среди электротехнической продукции, реализуемой ведущими производителями на мировом рынке. Причем спектр таких изделий чрезвычайно широк и по преобразуемой мощности, и по выходному напряжению — униполярному или симметричному биполярному. Для сравнительного анализа и испытания авторы статьи выбрали пять наиболее популярных пин-ту-пин заменяемых наименований, ограничившись лишь одним классом таких импульсных преобразователей — 6–ваттными модулями питания со входом 2:1 и выходным напряжением 12 В. Выбор пал на производителей Aimtec, Peak-Electronics, Chinfa-Electronics, Mean Well и Traco Power.

Таб. 1. Сравнение общепромышленных DC/DC-модулей питания в корпусе DIP24

Внешний вид выбранных модулей питания представлен на фото (рис. 4), а их перечень и параметры приведены в таблице 1. Сведения о параметрах модулей взяты из официальных технических описаний, которые находятся в открытом доступе на сайтах производителей или представлены в печатных изданиях. В случае отсутствия в оригинальных спецификациях необходимых сведений в таблице проставлен дефис. В дальнейшем при анализе параметров модулей будем использовать их условные порядковые номера, приведенные в верхней строке таблицы [1–5].

Рис. 4. Сравнение общепромышленных DC/DC-модулей питания в корпусе DIP24

Благодаря современной технологии производства радиоэлектронных изделий с поверхностным (SMD) монтажом, а также миниатюризации используемых элементов, габариты модулей вписываются в стандартный корпус типоразмера DIP24, размеры и конфигурация выводов которого показаны на рис. 5.

Рис. 5. Сравнение общепромышленных DC/DC-модулей питания в корпусе DIP24

В модулях питания различных производителей унифицированы не только их конструктивное исполнение, но и функциональное назначение подключаемых выводов: плюсовой вывод входного напряжения — соединенные выводы 22, 23; минусовой вывод входного напряжения — соединенные выводы 2, 3; плюсовой вывод выходного напряжения — вывод 14; минусовой вывод выходного напряжения — вывод 16. Выводы 9, 11 в униполярных модулях питания свободны от подключения.

Для испытания модулей и измерения их некоторых параметров в соответствии с рекомендациями, изложенными в [1], было изготовлено переходное устройство, внешний вид которого иллюстрирует фото на рис. 6. Также в ходе выполнения подготовительных к испытаниям практических мероприятий один из модулей (AM5T–2412SZ) был подвергнут разборке. Внешний вид печатной платы модуля с элементами поверхностного монтажа на обеих сторонах примерно с двукратным увеличением показан на рис. 7, где указано также расположение основных элементов в соответствии с их обозначениями на структурной схеме (рис. 3). В результате стало доступным измерение не только входных и выходных параметров модуля, но и основных сигналов на контрольных точках внутри него.

Рис. 6. Сравнение общепромышленных DC/DC-модулей питания в корпусе DIP24

 

Нагрузочные параметры модулей питания

Гарантируемое производителями входное напряжение, в пределах которого модуль сохраняет свои параметры, соответствует интервалу значений 18…36 В, номинальное входное напряжение для всех образцов составляет 24 В. При подключении первичного источника питания полярность подключаемого напряжения должна строго соответствовать обозначенной на выводах модуля, в противном случае возможно повреждение ИИП. Как указывают в спецификациях производители образцов 3, 5, в данных изделиях встроен защитный диод, подключенный анодом к общему проводу. В случае ошибочного подключения ток через защитный диод может повредить преобразователь, поэтому питание на модуль рекомендуют подавать через плавкую вставку с предельным током срабатывания 1 А. В спецификациях для образцов 1, 2, 4 сведения о наличии или отсутствии защитного диода не приводятся.

Исследование извлеченного из корпуса модуля AM5T–2412SZ показало, что в данной модели в качестве защитного применен диод, интегрированный в корпус силового ключа KS1 (рис. 7), выполненного на основе мощного полевого транзистора. Анод диода соединен с истоком транзистора, катод — со стоком. Поэтому при ошибочном подключении может быть поврежден не только транзистор, но и импульсный трансформатор, первичная обмотка которого соединена со стоком. Измерение сопротивления входных цепей всех модулей в прямом и обратном направлении показало совершенно одинаковый результат, поэтому остается предположить, что в них защита от ошибочной инверсии входного напряжения аналогична AM5T–2412SZ.

Рис. 7. Сравнение общепромышленных DC/DC-модулей питания в корпусе DIP24

Основные параметры ИИП — стабилизированное выходное напряжение и долговременный максимальный выходной ток. Именно они определяют мощность преобразователя. В исследуемых образцах стабилизированное выходное напряжение измерялось при номинальном входном напряжении 24 В и выходном токе 0,5 А. При этом оно составило: для образца 1 — 12,02 В; 2 — 11,95 В; 3 — 12,09 В; 4 — 11,96 В; 5 — 11, 99 В. Вывод: для всех образцов точность данного параметра соответствует заявленному значению.

Долговременное испытание образцов с выходным током 0,5 А (выходная мощность 6 Вт) подтвердило работоспособность всех образцов. При охлаждении за счет естественной конвекции окружающего воздуха корпус модулей разогревался до 44…46 °С. Температура окружающего воздуха при этом соответствовала 26 °С. Благодаря использованному в модулях схемотехническому построению при повышении окружающей температуры свыше 71 °С для образцов 3, 4 и 85 °С для 1, 2, 5 происходит автоматическое снижение максимально допустимого выходного тока, т. е. максимальной выходной мощности, что исключает тепловое повреждение ИИП.

Указанное в таблице пороговое значение тока нагрузки при срабатывании защиты от перегрузки характеризует как кратковременную перегрузочную способность ИИП, так и его защищенность от короткого замыкания в нагрузке. Для образцов 1 и 5 производитель указывает 20 % запас между долговременным максимальным выходным током и реакцией защиты на перегрузку. Для образца 3 это запас в 10…40 % от максимального тока, образца 4 — 50…150 % запас, для образца 2 в спецификации данный параметр отсутствует. Реальные измерения данного параметра показали, что пороговое значение тока перегрузки следует рассматривать как предельный ток, после которого наступает сравнительно плавное понижение выходного напряжения. В результате увеличения нагрузки с сопутствующим контролем тока, при котором изменение выходного напряжения начинает превышать допустимый предел, установленный производителем, по исследуемым образцам получены следующие пороговые значения тока перегрузки: 1 — 0,6 А; 2 — 0,73 А; 3 — 0,71 А; 4 — 0,9 А; 5 — 0,91 А.

При коротком замыкании в нагрузке выходное напряжение во всех модулях исчезает, потребляемый образцами при этом ток производителями не нормирован. Однако данный параметр способствует объективной оценке энергосберегающих свойств ИИП наряду с потребляемым током в режиме отсутствия нагрузки. Проведенные измерения показали следующие значения потребляемого модулями тока в режиме короткого замыкания нагрузки: 1 — 12,3 мА; 2 — 15,6 мА; 3 — 9,5 мА; 4 — 7,4 мА; 5 — 37 мА. После устранения замыкания работоспособность всех модулей восстанавливается автоматически.

Важный показатель энергосбережения — потребляемый ток в отсутствие нагрузки. В спецификации он нормирован для образцов 3, 4, 5. Для образцов 1, 2 такие сведения отсутствуют. Результат измерений: 1 — 7,5 мА; 2 — 7,5 мА; 3 — 14,6 мА; 4 — 6,8 мА; 5 — 3,6 мА.

Параметры преобразования электрической энергии в модуле

Один из основных параметров модуля, характеризующих его схемотехническое построение, — частота преобразования при полной нагрузке. Как пояснялось выше, именно этот параметр определяет другой конструктивный фактор — индуктивность первичной обмотки импульсного трансформатора. Для образцов 1, 2, 5 в спецификации указана частота примерно 300 кГц, для образца 3 — 150 кГц, и для образца 4 — мало о чем говорящее минимальное значение данного параметра 50 кГц. Тем более интересным было проведение измерений в данном случае, для чего на выходе модулей с помощью осциллографа наблюдались пульсации выходного напряжения с искомой частотой преобразования. Результаты измерения как частоты преобразования, так и размаха пульсаций (от вершины до впадины) выходного напряжения показаны на рис. 8.

Рис. 8. Сравнение общепромышленных DC/DC-модулей питания в корпусе DIP24

Чтобы получить диаграмму, характеризующую изменение напряжения на обмотках трансформатора, без разборки преобразователя, достаточно щуп осциллографа расположить вблизи его верхней плоскости. При этом амплитуда наведенного сигнала измеряется милливольтами. Если же прикоснуться щупом к незаземленному металлическому корпусу модуля, амплитуда возрастает до нескольких вольт, что и показано на рисунке. Такому исследованию соответствует верхняя строка осциллограмм. Как видим, частота преобразования у всех модулей при номинальной нагрузке соответствует примерно 240…290 кГц.

Вторая строка осциллограмм характеризует пульсации выходного напряжения со встроенными в модуль фильтрующими элементами. Как можно видеть, пульсации максимальны у образца 2 (45 мВ), минимальны — у образца 3 (10 мВ). Все образцы соответствуют нормам технических условий, заявленных производителями.

Третья строка осциллограмм отображает результат измерения пульсаций по рекомендациям [4] — c дополнительными сглаживающими конденсаторами 47 мкФ и 0,1 мкФ. Только у образца 4 пульсации составили 30 мВ, у остальных — 5…6 мВ.

В таблице для 2, 4, 5 образцов приведены оговариваемые техническими условиями значения потребляемого модулем тока при максимальной нагрузке. Понятно, что данный параметр непосредственно зависит от КПД преобразователя, причем потребляемый ток будет максимальным при минимальном входном напряжении. Исходя из этих соображений, КПД преобразователей измерялся при минимальном, номинальном и максимальном входном напряжении и для всех образцов составил: 79…83 % при напряжении 18…24 В, и 83…87 % при напряжении 24…36 В. Соответственно максимальный потребляемый ток при минимальном входном напряжении составил 0,42 А.

Нестабильность выходного напряжения при изменении нагрузки измерялась в соответствии с техническими условиями при двух значениях выходного тока — максимально допустимом и 20 % от максимально допустимого. Все модули соответствовали предъявляемым требованиям, показатель нестабильности у всех образцов не превысил 0,3 %.

Аналогично определялась нестабильность выходного напряжения при изменении входного напряжения от минимально до максимально допустимого, при этом выходной ток устанавливался равным максимально допустимому. При норме нестабильности 0,5 % показатели данного параметра оказались гораздо лучше — не более 0,1 %.

Нестабильность выходного напряжения при изменении окружающей температуры проверялась с максимально допустимым выходным током при температуре –20 и +26 °С, для всех образцов она оказалась в 5 раз (!) лучше нормы — не более 0,004 % °С.

 

Помехоустойчивость и помехоизлучение модулей, соответствие нормам безопасности

Максимально допустимое значение входного напряжения определяет помехоустойчивость преобразователей. В спецификации данный параметр приведен только для образцов 1, 3, 5, причем условия воздействия такой помехи сильно отличаются от образца к образцу. В целях повышения объективности результатов выполнения проверки параметры воздействующего непосредственно на вход модуля импульса были выбраны едиными для всех образцов и составили: амплитудное значение — 50 В; длительность — 0,1 с; периодичность — 60 с. Все образцы испытывались в течение одного часа, тестирование прошло успешно, повышения температуры корпуса модулей не отмечено.

Сопротивление изоляции между первичной и вторичной цепями для всех образцов превысило 1000 МОм. Измерение эквивалентной емкости изоляции дало следующие результаты: 1 — 513 пФ; 2 — 520 пФ; 3 — 1000 пФ; 4 — 60 пФ; 5 — 415 пФ. Стойкость изоляции к разрушению в течение 3 с проверялась испытательным напряжением 1000 В, все образцы успешно выдержали испытание.

В соответствии с требованиями общеевропейского стандарта EN55022 для оборудования информационных технологий нормируются кондуктивные помехи на зажимах электропитания в частотном диапазоне 10…30000 кГц, и в диапазоне 30…1000 МГц ограничивается уровень создаваемых электромагнитных излучений, который не должен превышать 30 дБмкВ/м на частотах до 250 МГц и 37 дБмкВ/м свыше 250 МГц. При этом различают два класса оборудования. Класс А — оборудование, используемое только в промышленных зонах, класс В — телекоммуникационное оборудование, используемое в офисах и жилых помещениях. Нормы излучения для всего оборудования являются общими, однако измерения для оборудования класса А проводят на удалении 30 м, а класса В — 10 м.

Для образцов 1 и 5 производители указывают в спецификации соответствие модулей требованиям по классу А, 3 и 4 — классу В, производитель образца 2 его соответствие стандарту EN55022 в спецификации не классифицирует. Очевидно, что полноценное испытание модулей питания на соответствие стандарту может быть выполнено только сертифицированными органами, располагающими для этого специализированными (экранированными) помещениями, необходимыми измерительными приборами, специально подготовленным персоналом.

Но эта общая информация может оказаться для разработчика не столь полезной, как результаты специального измерения помех, создаваемых модулем питания в некотором конкретном случае. Применяя в разрабатываемом оборудовании один из рассмотренных унифицированных модулей питания, инженер–конструктор должен быть уверен, что, например, в радиоприемном устройстве при воздействии искусственных помех будут отсутствовать пораженные частоты. Такую оценку можно выполнить, применив специальный программно–аппаратный комплекс «Навигатор», предназначенный для измерения побочных электромагнитных излучений и наводок (ПЭМИН).

В его состав входит компьютер, управляющий через интерфейс RS–232 (или другой) анализатором спектра (в описываемой установке — AGILENT E4411В), подключенный к калиброванной антенне измерительной, например — АИ5–0.

В анализе ПЭМИН использован метод разности панорам. Суть такого анализа для модуля питания PEN5–2412E2:1LF поясним на основе фрагмента главного окна программы, показанного на рис. 9.

Рис. 9. Сравнение общепромышленных DC/DC-модулей питания в корпусе DIP24

Приемную антенну располагают в ближней зоне модуля питания (примерно 0,2..0,5 м). Включают первичный источник питания, но переходное устройство с модулем питания к нему не подключают. Задают в программе исследуемый частотный диапазон (в соответствии с EN55022 — 30…1000 МГц) и проводят первое измерение уровней фоновых сигналов, обусловленных наличием индустриального шума и посторонних помех. Измерения лучше выполнять поэтапно, перемещаясь короткими участками по частотному диапазону: на первом этапе — 30…100 МГц, на втором — 100…200 МГц, и т. д. Это сократит общее время исследования при необходимости повтора измерений на отдельном этапе. Результат измерения компьютер регистрирует в виде панорамы, показанной синей линией. Затем задают порог превышения исследуемого сигнала над шумом (в данном случае 6 дБмкВ/м), подключают переходное устройство с модулем питания к первичному источнику и проводят второе измерение. При измерении происходит вычитание из панорамы исследуемого сигнала ранее полученной панорамы шумового сигнала, результат отображен на рисунке желтой линией.

Кроме истинных найденных сигналов побочных излучений, компьютер зарегистрирует и ложные сигналы, создаваемые посторонними электронными средствами, включившимися в работу между двумя измерениями. Поэтому результат вычитания подвергается первому этапу верификации, когда исследуемый модуль питания остается включенным. Если вновь исследуемый сигнал существенно изменился, его считают ложным и в дальнейшем анализе не учитывают.

На втором этапе верификации происходит то же самое, но при этом исследуемый модуль питания выключают. В данной ситуации можно предположить, что постороннее электронное средство включилось сразу после тестового измерения и на этапе второй верификации продолжает работать. Для повышения достоверности исследования верификацию можно выполнить несколько раз подряд.

В результате на частотной оси (рис. 9) участки вероятных сигналов побочного излучения, создаваемого исследуемым модулем питания, будут подсвечены красным цветом. Как видно на рисунке, сигналы излучения помех следуют через 280 кГц, что свидетельствует о кратности наблюдаемых гармоник на основной частоте преобразования в модуле. В дальнейшем оператор манипулятором мышь подводит курсор к исследуемому участку диапазона (на рисунке отображен вертикальной красной линией), после чего в текстовом поле окна выводится информация об исследуемом сигнале.

Измеренное значение уровня ПЭМИН в непосредственной близости от ИИП может быть пересчитано для произвольного удаления от модуля, для чего в программу следует ввести расстояние до точки наблюдения, отстоящей от источника помехи. Итог проведенной работы можно представить в виде краткой таблицы. (таблица 2).

Таб. 2. Сравнение общепромышленных DC/DC-модулей питания в корпусе DIP24

 

Заключение

Приведенный в статье анализ испытаний параметров унифицированных модулей питания призван помочь инженеру–конструктору инструментально обосновать свой выбор при решении некоторой конкретной задачи обеспечения питанием разрабатываемого радиоэлектронного средства. Очевидно, что в некоторых случаях в первую очередь будут учитываться одни параметры, в других задачах эти параметры станут второстепенными. Искусство инженера заключается в оптимальном сочетании важнейших и менее важных параметров, обеспечивающих успешное выполнение разрабатываемым устройством своего целевого предназначения при минимальных затратах на производство. Авторы статьи надеются, что изложенные материалы помогут читателям осознанно подойти к решению подобной задачи и выбрать среди представленных в статье модулей тот единственный образец, который обеспечит положительный результат проектирования.

 

Литература:

  1. RDD05 SERIES. DC/DC Converter. 5~6 W Single & Dual Output
  2. Series AM5T-Z. 5 Watt DC–DC Converter
  3. MD SERIES PEN5–XXXXE2:1 1.5 KV ISOLATED 4–6 W REGULATED SINGLE OUTPUT DIP24
  4. 5W DC-DC Regulated Single Output Converter SCW05 series
  5. DC/DC Converters. TEN 5 Series, 6 Watt.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *