СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №4/2013

П РАВИЛЬНАЯ АРХИТЕКТУРА СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ – КЛЮЧ К РАЗРАБОТКЕ ЭФФЕКТИВНОЙ КОНСТРУКЦИИ Однимиз способов уменьшения пло щади посадочных мест для компонен товпитанияявляетсяиспользованиеоб новлённойраспределённойархитекту рыэлектропитания. Вместонескольких изолированных источников питания, работающих на свои нагрузки, в совре менной распределённой архитектуре используется один изолированный преобразователь и несколько модулей меньшего размера, установленных вблизи нагрузки (POL). Преимущество преобразователей POL заключается в меньших габаритных размерах, более высокой эффективности и лучших па раметрах по сравнению с технологией изолированного преобразователя. Многие военные, авиационные и космические системыимеют источник питания, который соответствует тре бованиям стандарта MIL STD 704 для низковольтных систем электропита ния. Этот стандарт придаёт большое значение предельным параметрам ис точника питания для различных усло ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 20 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2013 вий эксплуатации, которые включают и переходной, и установившийся ре жимы. Например, согласно стандарту MIL STD 704 (ред. F), переходные на пряжения для 28 вольтовых системпо стоянного тока должны находиться в пределах от 18 до 50 В. Многие прило жения в системах военной авионики должнысоответствовать старымредак циям стандарта MIL STD 704, которые могут содержать даже более суровые переходные напряжения от 16 до 80 В. Столь широкие диапазоны входного напряжения в сочетании с требовани ями к изоляции во многих системах вынуждают устанавливать дополни тельный изолирующий каскад между источником питания и нагрузкой. Внедалекомпрошломпользователям было трудно найти высоконадёжные системыпитания, сертифицированные постандартамMIL PRF 38534иMIL STD 883, которыебыодновременносоответ ствовалистандартуMIL STD 704ихарак теризовалисьвысокойэффективностью инебольшимвесом, удовлетворяяжёст ким параметрам современной системы электропитания. Многие системы ис пользовалилибонесколькоизолирован ных источников питания, либо один изолированный источник питания, предваряющий несколько линейных стабилизаторов. Любойизметодовпри водил к неэффективным, громоздкими дорогим системам электропитания. На рисунке 1 показан пример исполь зования нескольких изолированных преобразователей для питания каждой нагрузки. Основнымнедостатком такой топологии является повышенная слож ность системы. Изолирующий каскад увеличивает сложность, стоимость и га баритные размеры, снижая эффектив ностьинадёжность. Все этифакторыза трудняют эффективное энергопитание современных низковольтных систем. Б ОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ : ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА ВБЛИЗИ НАГРУЗКИ Сегодня компания VPT предлагает более эффективное решение, которое предусматривает одинизолированный источник питания, предваряющий несколько модулей POL. Каскад изоли рованногопреобразователя оптимизи рован для низковольтных систем, тре бующих высокого уровня эксплуатаци онной надёжности в соответствии со стандартом MIL STD 704. Модули POL весьма эффективны, недорогии харак теризуются очень высокой удельной мощностью. Это достигается использо ванием схемы с неизолированным синхроннымпонижающимпреобразо вателем. Исключение изоляции упро щает схему и позволяет оптимизи ровать конструкцию. На рисунке 2 показано решение компании VPT для современных высоконадёжных низко вольтных систем. В данном примере рассеиваемая мощность снижена до 6,8 Вт, что является сокращением на 68% (14,2Вт) по сравнениюс топологи ей, изображённой на рисунке 1. Кроме существенного снижения по терь энергии, простотыи компактного размера, модули POL позволяют значи тельно уменьшить габариты, вес и ко нечную стоимость системы, повысив при этом её надёжность. Модули POL могут располагаться близко к нагруз 5 В 2 А 10 Вт 25 В Мощность на выходе – 43,2 Вт Мощность на входе – 63,9 Вт КПД – 67,5% Площадь – 56,9 см 2 Вес – 180 г 3,3 В 4 А 13,2 Вт 2,5 В 5 А 12,5 Вт 1,5 В 5 А 7,5 Вт + – Рис. 1. Традиционная система электропитания, использующая изолированные DC/DC преобразователи Развёртывание распределённой архитектуры электропитания на базе POL модулей Джереми Феррел, VPT Inc. Современная авионика, военная и космическая электроника нуждаются в более высоких качественных показателях при одновременном снижении габаритов, веса и стоимости. Источник питания является ключевым фактором, определяющим конечные габариты, вес и тепловой расчёт системы. В статье обсуждаются методы реализации электрически и экономически эффективного электропитания, удовлетворяющего требованиям конкретной системы. © CТА-ПРЕСС