Виаком
телефон
поискпоиск входаккаунт корзинакорзина


на складе в Киеве под заказ

не выполнен вход

 

Новости компании



26.08.2010

Применение модулей V-I Chip компании Vicor для построения систем питания светоизлучающих диодов

Предложенная компанией Vicor архитектура в сочетании с преобразователями V-I Chip позволяет разработчикам создавать высокоэффективные, но при этом недорогие системы. Компактные модули для поверхностного монтажа, построенные по резонансной схеме, имеют КПД 95-97% и способны конвертировать до 300 Вт мощности при физических размерах 32,5х22х6,6 мм.

В статье рассматриваются различные подходы к построению систем электропитания, а также применение модулей V-I Chip для построения систем питания сетоизлучающих диодов.

В последнее время всё более широкое распространение получают системы электропитания с распеделённой архитектурой. Подобные системы существуют уже несколько десятилетий, однако их применение было ограничено исключительно телекоммуникационной сферой. Основная особенность таких систем заключается в том, что на каждую плату устанавливается собственный DC/DC-преобразователь, который преобразует мощность сосредоточенного источника питания до величины, необходимой непосредственно на этой плате. Появление компактных модульных DC/DC-преобразователей, целый ворох инженерных статей и преимущества самого подхода открыли широкие возможности их использованию и в других областях - энергетике, медицине и военной промышленности. Таким образом, на сегодняшний день существуют две принципиально различных архитектуры построения систем питания - сосредоточенная и распределённая. Их структуры представлены наглядно на рис. 1 и обсуждаются в соответствующих разделах.

Сравнение структуры и принципа построения основных архитектура питания
Рис. 1. Сравнение структуры и принципа построения основных архитектура питания

Сосредоточенная архитектура

Эволюция архитектур питания началась с сосредоточенной архитектуры (Centralized Bus Architecture, CBA). Сосредоточенная система питания состоит из законченного, как правило, корпусированного блока питания, который выполняет все необходимые функции выпрямления и DC/DC-преобразования. Он преобразовывает сетевое напряжение в набор постоянных, необходимых для функционирования системы. Это очень эффективное по стоимости решение, если в процессе эксплуатации не меняются требования к мощности источника и не стоит остро вопрос занимаемого обьёма.

В целом, такие системы хороши в большинстве случаем, но есть существенная проблема - как распределить сотни "общих" ампер тока по нескольким низковольтным входам. У сосредоточенной архитектуры отсутствует масштабируемость. Также, блок питания должен располагаться как можно ближе к электронной нагрузке для минимизации тепловых потерь. Удалённое расположение может негативно сказаться на времени реакции источника на внезапно изменившуюся нагрузку. Тепловой расчёт может быть сложной проблемой, ведь необходимо отвести несколько сотен ватт тепла из ограниченного пространства. Часто требуются большие радиаторы и вентиляторы для защиты системы от перегрева, а локальные перегревы снижают общую надёжность

Распределённая архитектура питания

Распределённая архитектура питания (Distributed Power Architecture, DPA) во многом устраняет недостатки сосредоточенной архитектуры. Суть её в том, что она строится из AC/DC-преобразователя, который располагаетя около источника переменного тока и обслуживает DC/DC-преобразователи, расположенные где-то в другом месте. AC/DC-преобразователь обеспечивает стабилизацию, гальваническую развязку, подавление шумов, коррекцию коэффициента мощности и формирование напряжения промежуточной шины, чаще всего 48 В. Это напряжение промежуточной шины конвертируется DC/DC-преобразователями, расположенными непосредственно около нагрузок, которые они запитывают. При таком подходе выделенное тепло равномерно распределяется в системе, что значительно упрощает его отвод, поскольку не требуется больших радиаторов и значительных воздушных потоков для их обдува.

Однако PDA может быть существенно дороже в силу ряда причин. Например, гальваническая развязка, трансформация, фильтрация электромагнитных помех и защита по входу осуществляется в каждом модуле. Более того, если один DC/DC-преобразователь не может обеспечить достаточную мощность или отказоустойчивость для отдельного выходного напряжения, несколько DC/DC-преобразователей могут быть соединены параллельно. Это создаёт определённые сложности, потому что нужна дополнительная электрическая цепь для их соединения.

Архитектура питания с распределённой шиной

В архитектуре питания с распределённой шиной (Intermediate Bus Architecture, IBA) функции DC/DC-преобразователя (гальваническая развязка, трансформация, стабилизация) выполняют уже два устройства. Преобразователь промежуточной шины (Intermediate Bus Converter, IBC) формирует напряжение промежуточной шины и обеспечивает гальваническую развязку, а неизолированный преобразователь (non isolated Point of Load, niPOL) выполняет окончательную трансформацию напряжения и его стабилизацию. За счёт того, что niPOL не имеет изоляции, IBC может быть относительно недорогой.

Вместе с тем, архитектура имеет ряд недостатков. В первую очередь, это связано с тем, что появляется дополнительное преобразование напряжения, а это снижает общую эффективность. Промежуточный преобазователь должен располагаться как можно ближе к нагрузке, для того, чтобы ток передавался на максимально короткие расстояния. Уже при 12 В токи достигают огромных величин и нужно прокладывать или токопроводящие шины, или выделять отдельные слои печатной платы исключительно под питание. Это сильно усложняет разводку печатной платы, и, как результат, разработка такой системы становится непростой задачей.

Факторизованная архитектура питания

Факторизованная архитектура питания (Factorized power architecture, FPA) была предложена и запатентована компанией Vicor. Она разделяет функциональнойсть "полноценного" преобразователя на два устройства. Один из модулей называется Модулем предварительной стабилизации (Pre-Regulator Module, PRM) и из широкого входного напряжения формирует стабилизированное напряжение промежуточной шины (Factorized Bus) , второй - Модулем трансформации напряжения (Voltage Tansformation Module, VTM), он преобразовывает напряжение промежуточной шины до уровней, необходимых системе и обеспечивает гальваническую развязку. КПД этих модулей достигает 97 %.

Новая архитектура, основанная на использовании стандартизованных, похожих на микросхемы преобразователей (см .рис. 2) предоставляет разработчиками высокую производительность по низкой цене. FPA реализуется на модулях V-I Chip которые способны конвертировать свыше 200 Вт мощности в миниатюрных (32,5х22х6,6 мм) и лёгких (порядка 15 г) корпусах для поверхностного монтажа.

Семейство модулей V-I Chip
Рис. 2. Семейство модулей V-I Chip

Построение систем питания светоизлучающих диодов на базе одулей PRM и VTM - классический пример надёжного, стабильного по параметрам и относительно недорогого источника постоянного тока, функциональная схема которого предоставлена на рис. 3.

Схема источника постоянного тока на базе модулей PRM и VTM
Рис. 3. Схема источника постоянного тока на базе модулей PRM и VTM

В настоящее время источники на базе модулей PRM и VTM используются в системах освещения (светодиодные фонари, прожекторы), больших видеоэкранах, проекторрах.

С помощью цепи обратной связи (рис. 3) модули PRM и VTM обеспечивают на выходе стабильный постоянный ток. При этом мы можем регулировать значения выходных параметров системы - с помощью датчика тока (шунта) возможен контроль тока на входе модуля VTM для стабилизации выходного тока.

Constant Current Demonstration Board P048F048T24AL-CCДля облегчения задач разработки источников питания на базе модулей V-I Chip компания Vicor разработала демонстрационную плату на базе стабилизатора напрядения PRM - Constant Current Demonstration Board P048F048T24AL-CC с возможностью подключения (с помощью разъёма) модулей VTM.

В стандартном исполнении (при использовании только PRM) плата обеспечивает стабилизированный регулируемый ток до 5 А при напряжении 48 В, а вместе с модулями VTM - до 100 А.

Источникам питания на базе модулей V-I Chip ля питания светодиодов будет посвящена отдельная статья, которая выйдет в одном из следующих номеров журнала.

 

Загрузить статью в формате pdf (1.2 Mb)

Получить более детальную техническую информацию о продукции Vicor можно в офисе компании Виаком: 03061, г. Киев, пр. Отрадный, 95-С, тел./факс: (044) 507-02-02 (многоканальный).




 
изготовление печатных плат | плис altera | микроконтроллеры atmel | магазин электронные компоненты | разъёмы amphenol | трансформаторы hahn | okw | tyco | vicor | marquardt | инструмент pro'skit