Повышающий изолированный DC-DC преобразователь с 4.5-5.5В на 24В 50мА, Pololu U5Z9F24

Этот повышающий стабилизатор напряжения состоит из пары изолированных модулей преобразования постоянного тока в постоянный, расположенных перед повышающим (бустерным) стабилизатором. Это позволяет получать непрерывный ток до 50 мА при выходном напряжении 24 В от входного напряжения 5 В с полной гальванической развязкой между входом и выходом. Также доступны варианты с выходным напряжением 5 В от одной изолирующей микросхемы и выходным напряжением 10 В от пары изолирующих микросхем, соединенных последовательно.

Код производителя: 5770, U5Z9F24

Этот повышающий стабилизатор напряжения состоит из пары изолированных преобразователей постоянного тока Texas Instruments UCC33420RAQR, соединенных параллельно на входе и последовательно на выходе, за которыми следует повышающий стабилизатор на 12 В или 24 В. Последовательное соединение UCC33420 преобразует входное напряжение 5 В в 10 В с полной гальванической развязкой между входом и выходом, а затем 10 В повышаются до конечного выходного напряжения 12 В ( версия U5Z9F12 ) или 24 В ( версия U5Z9F24 ), в зависимости от версии стабилизатора. Выходы 5 В и 10 В модулей UCCC33420, питающих повышающий стабилизатор, также выведены, как показано на блок-схеме ниже; Эти стабилизаторы могут обеспечивать непрерывный ток до 300 мА или 175 мА соответственно, когда на других выходных каналах отсутствует потребление тока (использование выхода 5 В уменьшит доступный ток на выходах 10 В и VOUT). В отличие от неизолированных стабилизаторов, выходная земля (GNDO) фактически независима от входной стороны (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.

Тепловые аспекты и ограничения:

Доступный выходной ток ограничен теплоотводом двух изолирующих модулей. Поскольку они расположены близко друг к другу на небольшой плате, максимальный ток 300 мА, доступный от одного модуля, снижается примерно до 175 мА, когда оба модуля активны (т.е. когда ток потребляется с выходов 10 В или VOUT). Однако, если тепло может рассеиваться, например, за счет принудительного воздушного потока или достаточного теплоотвода, модуль может обеспечить вдвое больший ток (и, следовательно, мощность), чем аналогичный регулятор U5Z6F12, основанный на одном изолирующем модуле. Предел при достаточном теплоотводе составляет 300 мА с выхода 10 В или 200 мА с выхода 12 В (максимум 100 мА для версии на 24 В).

Характеристики модели U5Z9F24 на 24 В:

• Входное напряжение: от 4.5 В до 5.5 В
• Выходное напряжение:
  • 24 В (с точностью 4%, непрерывный ток до 50 мА (при нулевом выходном токе 5 В и 10 В))
  • 10 В (с точностью 4%), непрерывный ток до 175 мА (при нулевом выходном токе VOUT и токе 5 В).
  • 5 В (с точностью 4%), непрерывный ток до 300 мА (при нулевом выходном токе VOUT и токе 10 В).
• Гальваническая изоляция между входом и выходом обеспечивается парой микросхем Texas Instruments UCC33420, имеющих следующие параметры изоляции:
  • Базовый уровень изоляции 3000 В среднеквадратичного значения
  • Максимальное рабочее напряжение изоляции: 820 В среднеквадратичного значения.
• Типичный ток покоя без нагрузки: 10 мА, хотя при входном напряжении ниже допустимого рабочего диапазона он может достигать ~100 мА (см. график тока покоя ниже).
• Типичный КПД: 45% (см. график КПД ниже)
• Частота переключения выходного (повышающего) сигнала: ~1.6 МГц при высоких нагрузках.
• Частота переключения на выходе снижается при низких токах для повышения эффективности при малой нагрузке.
• Защита от перегрева
• Размер: 11.43 × 25.4 мм, совместимый с макетной платой, с шагом отверстий 2.54 мм.

Отличительные знаки:

• Коды разработки печатных плат: reg40d
• Другие обозначения на печатной плате: 0J16080

Использование модуля:

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.

Типовая 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) в зависимости от выходного тока:

Обратите внимание, что поскольку этот модуль состоит из последовательно соединенных стабилизаторов и включает в себя изолированную передачу питания, его КПД составляет около 50%, что значительно ниже, чем у неизолированных импульсных стабилизаторов напряжения. КПД выходов 5 В и 10 В немного выше, поскольку они не проходят через повышающий каскад, но все еще ниже 60%.

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:

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.

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 нашей печатной плате под микросхемой имеется выточенный паз, обеспечивающий расстояние утечки тока 4.3 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 наш 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. В тестах с типичными силовыми проводами (тестовые зажимы длиной около 30 дюймов) наблюдались скачки напряжения более 7.5 В при входном напряжении 5 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:

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