Підвищуючій ізольований DC-DC перетворювач з 4.5-5.5В на 24В 50мА, Pololu U5Z9F24

Цей підвищуючий стабілізатор напруги складається з пари ізольованих модулів перетворення постійного струму в постійний, розташованих перед підвищуючим (бустерним) стабілізатором. Це дозволяє отримувати безперервний струм до 50 мА при вихідній напрузі 24 В від вхідної напруги 5 В з повною гальванічної розв'язкою між входом і виходом. Також доступні варіанти з вихідною напругою 5 В від однієї ізолюючої мікросхеми і вихідною напругою 10 В від пари ізолюючих мікросхем, з'єднаних послідовно.

Код виробника: 5770, U5Z9F24

Цей підвищуючий стабілізатор напруги складається з пари ізольованих перетворювачів постійного струму Texas Instruments UCC33420RAQR, з'єднаних паралельно на вході і послідовно на виході, за якими слід підвищує стабілізатор на 12 В або 24 В. Послідовне з'єднання U1 з повною гальванічною розв'язкою між входом і виходом, а потім 10 В підвищуються до кінцевої вихідної напруги 12 В (версія U5Z9F12) або 24 В (версія U5Z9F24), залежно від версії стабілізатора. Виходи 5 і 10 В модулів UCCC33420, що живлять підвищує стабілізатор, також виведені, як показано на блок-схемі нижче; Ці стабілізатори можуть забезпечувати безперервний струм до 300 мА або 175 мА відповідно, коли на інших вихідних каналах відсутнє споживання струму (використання виходу 5 В зменшить доступний струм на виходах 10 В і VOUT). На відміну від неізольованих стабілізаторів, вихідна земля (GNDO) фактично незалежна від вхідної сторони (GNDI), що може бути корисним для запобігання контурним перешкодам і уникнення струмів заземлення, які можуть викликати непередбачувану поведінку системи або навіть призвести до пошкодження потенційно дорогих компонентів.

Теплові аспекти та обмеження:

Доступний вихідний струм обмежений тепловідведенням двох ізолюючих модулів. Оскільки вони розташовані близько один до одного на невеликій платі, максимальний струм 300 мА, доступний від одного модуля, знижується приблизно до 175 мА, коли обидва модулі активні (тобто струм споживається з виходів 10 В або VOUT). Однак, якщо тепло може розсіюватися, наприклад, за рахунок примусового повітряного потоку або достатнього тепловідведення, модуль може забезпечити вдвічі більший струм (і, отже, потужність), ніж аналогічний регулятор U5Z6F12, заснований на одному ізолюючому модулі. Межа при достатньому тепловідведенні становить 300 мА з виходу 10 В або 200 мА з виходу 12 В (максимум 100 мА для версії на 24 В).

Характеристики моделі U5Z9F24 на 24 В:

• Вхідна напруга: від 4.5 В до 5.5 В
• Вихідна напруга:
  • 24 В (з точністю 4%, безперервний струм до 50 мА (при нульовому вихідному струмі 5 В і 10 В))
  • 10 В (з точністю 4%), безперервний струм до 175 мА (при нульовому вихідному струмі VOUT та струмі 5 В).
  • 5 В (з точністю 4%), безперервний струм до 300 мА (при нульовому вихідному струмі VOUT та струмі 10 В).
• Гальванічна ізоляція між входом та виходом забезпечується парою мікросхем Texas Instruments UCC33420, що мають наступні параметри ізоляції:
  • Базовий рівень ізоляції 3000 В середньоквадратичного значення
  • Максимальна робоча напруга ізоляції: 820 В середньоквадратичного значення.
• Типовий струм спокою без навантаження: 10 мА, хоча при вхідній напрузі нижче за допустимий робочий діапазон він може досягати ~100 мА (див. графік струму спокою нижче).
• Типовий ККД: 45% (див. графік ККД нижче)
• Частота перемикання вихідного сигналу: ~1.6 МГц при високих навантаженнях.
• Частота перемикання на виході знижується за низьких струмів для підвищення ефективності при малому навантаженні.
• Захист від перегріву
• Розмір: 11.43 × 25.4 мм, сумісний із макетною платою, з кроком отворів 2.54 мм.

Відмінні знаки:

• Коди для розробки друкованих плат: reg40d
• Інші позначення на друкованій платі: 0J16080

Використання модуля:

Роз'єми позначені на звороті друкованої плати і розташовані з кроком 2.54 мм уздовж країв плати для сумісності з безпайковими макетними платами, роз'ємами та іншими пристроями для прототипування, що використовують сітку 2.54 мм. Ви можете припаювати дроти або штирьові роз'єми 2.54 мм безпосередньо до плати. Примітка: штирові роз'єми не входять до комплекту поставки, але прямі та кутові штирьові роз'єми можна придбати окремо.

Типова ефективність:

ККД стабілізатора напруги, що визначається як (вихідна потужність)/(вхідна потужність), є важливим показником його продуктивності, особливо коли важливі термін служби батареї або тепловиділення. На графіку нижче показано ККД вихідної напруги VOUT (12 В) залежно від вихідного струму:

Зверніть увагу, що оскільки цей модуль складається з послідовно з'єднаних стабілізаторів і включає ізольовану передачу живлення, його ККД становить близько 50%, що значно нижче, ніж у неізольованих імпульсних стабілізаторів напруги. ККД виходів 5 В і 10 В трохи вище, оскільки вони не проходять через каскад, що підвищує, але все ще нижче 60%.

Струм спокою:

Струм спокою - це струм, який регулятор використовує лише для власного живлення. На графіку нижче показано залежність цього струму від вхідної напруги, включаючи напруги, що виходять за межі допустимого робочого діапазону пристрою:

У процесі звичайної експлуатації цей виріб може нагріватися настільки, що може обпалити. Будьте обережні при користуванні цим виробом або іншими компонентами, що до нього підключені.

Питання щодо коефіцієнта ізоляції та витоку струму через друковану плату:

Мікросхема UCC33420 забезпечує базову ізоляцію із заявленим виробником робочою напругою 820 В RMS. Корпус мікросхеми має зазор і витік струму більше 4.1 мм, але в нашій друкованій платі під мікросхемою є виточений паз, який би відстань витоку струму 4.3 мм. Приблизне емпіричне правило свідчить, що незабруднені друковані плати FR4 повинні мати приблизно 1 мм витоку струму на кожні 100 RMS ізоляції. Зверніть увагу, що наш модуль регулятора не сертифікований за будь-яким конкретним стандартом безпеки.

Скачки напруги LC:

При подачі напруги на електронні схеми початковий стрибок струму може спричинити стрибки напруги, що значно перевищують вхідну напругу. У тестах з типовими силовими проводами (тестові затискачі довжиною близько 30 дюймів) спостерігалися стрибки напруги більше 7.5 при вхідній напрузі 5 В. Джерела живлення або проводи з високою індуктивністю посилюють ці стрибки. Для придушення цих стрибків можна додати електролітичний конденсатор (33 мкФ - хороша відправна точка) поруч із регулятором між VIN та GNDI.

Посилання:

• Dimension diagram of the Isolated Step-Up Voltage Regulator U5Z9Fx
• 3D-модель ізольованих Step-Up Voltage Regulator U5Z9Fx
• Drill guide for the Isolated Step-Up Voltage Regulator U5Z9Fx
• TI UCC33420 datasheet