Изолированный повышающий/понижающий стабилизатор напряжения 12 В 100 мА S21Z1F12

Этот повышающе-понижающий стабилизатор напряжения состоит из изолированного модуля преобразования постоянного тока, расположенного между понижающим (buck) стабилизатором на входе и повышающим (boost) стабилизатором на выходе. Это позволяет получать ток до 100 мА при выходном напряжении 12 В или 300 мА при выходном напряжении 5 В в широком диапазоне входного напряжения от 5.5 В до 36 В с гальванической развязкой.

Код производителя: 5764, S21Z1F12

S21Z1F12 это повышающе-понижающий стабилизатор напряжения, который состоит из изолированного модуля DC-to-DC преобразователя Texas Instruments UCC33420RAQR, расположенного между понижающим стабилизатором 5 В на входе и повышающим стабилизатором 12 В на выходе, что позволяет получать ток до 100 мА при напряжении 12 В в широком диапазоне входного напряжения от 5.5 В до 36 В. Выход 5 В микросхемы UCC33420, питающей повышающий стабилизатор, также выведен на выход, что позволяет получать непрерывный ток до 300 мА при отсутствии потребления тока от источника 12 В (использование выхода 5 В уменьшит доступный ток от выхода 12 В). В отличие от неизолированных стабилизаторов, земля на выходе (GNDO) фактически независима от земли на входе (GNDI), что может быть полезно для предотвращения контурных помех и избежания токов заземления, которые могут вызывать непредсказуемое поведение системы или даже приводить к повреждению потенциально дорогостоящих компонентов.

Блок-схема преобразователя напряжения:

Характеристики:

• Входное напряжение: от 5.5 В до 36 В (может работать при напряжении до 4.6 В с уменьшенной выходной токовой нагрузкой ).
• Выходное напряжение:
  • 12 В (с точностью 4%), непрерывный ток до 100 мА (при нулевом выходном токе 5 В).
  • 5 В (с точностью 4%), непрерывный ток до 300 мА (при нулевом выходном токе 12 В).
• Гальваническая изоляция между входом и выходом обеспечивается с помощью микросхемы Texas Instruments UCC33420, имеющей следующие параметры изоляции:
• Базовый уровень изоляции 3000 В среднеквадратичного значения
• Максимальное рабочее напряжение изоляции: 820 В среднеквадратичного значения.
• Дополнительную информацию см. в техническом описании UCC33420.
• Типичный ток покоя без нагрузки: от 1 мА до 6 мА (см. график тока покоя ниже).
• Типичный КПД: от 40% до 50%, в зависимости от входного напряжения и нагрузки (см. график КПД ниже).
• Частота переключения на входе (понижающий преобразователь): ~1.1 МГц при больших нагрузках.
• Частота переключения выходного (повышающего) сигнала: ~1.6 МГц при высоких нагрузках.
• При низких токах частота переключения на входе и выходе снижается для повышения эффективности при малой нагрузке.
• Защита от перегрева: Встроена
• Защита от неправильной полярности: Отсутствует
• Размер: 10.16 × 33.02 мм, совместимый с макетной платой, с шагом отверстий 2.54 мм.

Отличительные знаки:

• Коды разработки печатных плат: reg40с
• Другие обозначения на печатной плате: 0J16040

Разъемы обозначены на обратной стороне печатной платы и расположены с шагом 2.54 мм вдоль краев платы для совместимости с беспаечными макетными платами , разъемами и другими устройствами для прототипирования, использующими сетку 2.54 мм. Вы можете припаивать провода или штыревые разъемы 2.54 мм непосредственно к плате. Примечание: штыревые разъемы не входят в комплект поставки данного изделия, но прямые и угловые штыревые разъемы можно приобрести отдельно.

Типичная эффективность:

КПД стабилизатора напряжения, определяемый как (выходная мощность)/(входная мощность), является важным показателем его производительности, особенно когда важны срок службы батареи или тепловыделение. На графике ниже показан КПД выходного напряжения VOUT (12 В) при различных входных напряжениях в зависимости от выходного тока:

Обратите внимание, что поскольку этот модуль состоит из трех последовательно соединенных стабилизаторов и включает в себя изолированную передачу питания, его КПД составляет менее 50%, что значительно ниже, чем у неизолированных импульсных стабилизаторов напряжения. КПД выхода 5 В немного выше, поскольку он не проходит через заключительный повышающий каскад, но он все еще ниже 60%.

Максимальный непрерывный выходной ток:

На графике ниже показан типичный максимальный непрерывный выходной ток VOUT (12 В), который может обеспечить этот регулятор при комнатной температуре без принудительного воздушного потока или теплоотвода.

Для выхода 5 В максимальный непрерывный выходной ток составляет 300 мА. Обратите внимание, что эти два выхода НЕ являются независимыми, поскольку оба в конечном итоге зависят от микросхемы UCC33420, которая является ограничивающим фактором. При потреблении 100 мА от VOUT дополнительный ток от выхода 5 В недоступен, а при потреблении 300 мА от выхода 5 В дополнительный ток от VOUT также недоступен.

В процессе обычной эксплуатации данное изделие может нагреваться до такой степени, что может обжечь. Будьте осторожны при обращении с этим изделием или другими подключенными к нему компонентами.

Ток покоя:

Ток покоя - это ток, который регулятор использует только для собственного питания. На графике ниже показана зависимость этого тока от входного напряжения, включая напряжения, выходящие за пределы допустимого рабочего диапазона устройства:

Сниженный выходной ток при входном напряжении ниже 5.5 В:

Рекомендуемое минимальное входное напряжение для этого стабилизатора составляет 5.5 В, но он может работать и при напряжении около 4.6 В с уменьшенными выходными токами VOUT (12 В), как показано на графике ниже:

Вопросы, касающиеся коэффициента изоляции и утечки тока через печатную плату:

Микросхема UCC33420 обеспечивает базовую изоляцию с заявленным производителем рабочим напряжением 820 В RMS . Корпус микросхемы имеет зазор и утечку тока более 4.1 мм, а на печатной плате под микросхемой имеется выточенный паз, обеспечивающий расстояние утечки тока 4.9 мм. Приблизительное эмпирическое правило гласит, что незагрязненные печатные платы FR4 должны иметь примерно 1 мм утечки тока на каждые 100 В RMS изоляции. Обратите внимание, что модуль регулятора не сертифицирован по какому-либо конкретному стандарту безопасности.

Скачки напряжения LC:

При подаче напряжения на электронные схемы первоначальный скачок тока может вызвать скачки напряжения, значительно превышающие входное напряжение. Если эти скачки превышают максимальное напряжение регулятора (36 В), регулятор может выйти из строя. В тестах с типичными силовыми проводами (тестовые зажимы длиной около 30 дюймов) наблюдались скачки, приближающиеся к 36 В, при входном напряжении около 20 В. Источники питания или провода с высокой индуктивностью усугубляют эти скачки. Для подавления этих скачков можно добавить электролитический конденсатор (33 мкФ — хорошая отправная точка) рядом с регулятором между VIN и GNDI.

Ссылки:

• Габаритная схема изолированного повышающе-понижающего стабилизатора напряжения S21Z1F12 на 12 В, 100 мА
• 3D-модель 12-вольтового, 100-матоточного изолированного повышающе-понижающего стабилизатора напряжения S21Z1F12
• Инструкция по сверлению для изолированного повышающе-понижающего стабилизатора напряжения 12 В, 100 мА S21Z1F12
• Техническое описание микросхемы TI UCC33420