Use componentes emparejados para minimizar los compromisos de "hacer frente a comprar" en los diseños de convertidores CC/CC

Al diseñar convertidores CC/CC, tradicionalmente le ha enfrentado a una elección clara entre dos opciones: fabricarlos usando componentes discretos o comprarlos como una unidad completa y modular.

Como la mayoría de las decisiones de ingeniería, no es una elección clara, ya que cada camino tiene sus contras y sus implicaciones. Entre los muchos factores que influyen en la decisión se encuentran:

• Voltaje, corriente y niveles de potencia requeridos
• Consideraciones de rendimiento como la regulación de línea y carga, respuesta transitoria y ondulación
• Elección de topologías internas (las categorías generales son puente completo, push-pull o flyback)
• Problemas de eficiencia y térmicos
• Protección contra sobretensión, sobrecorriente, transitorios y cortocircuitos
• Tamaño (huella y volumen) y peso
• Restricciones regulatorias, aprobaciones y mandatos, incluidos los límites de interferencia electromagnética (EMI)
• Tiempo de comercialización y riesgo de diseño
• Soporte a largo plazo para proveedores
• Experiencia interna en diseño y recursos disponibles
• Costo inicial, junto con las implicaciones cruzadas de la curva volumen frente costo, especialmente en volúmenes más altos (normalmente superiores a 50,000 unidades)

Existe una tensión inherente entre elegir un módulo ya hecho y de venta y un diseño bricolaje (DIY) usando circuitos integrados discretos y componentes pasivos. Al intentar cumplir un conjunto determinado de requisitos básicos de rendimiento, los equipos de proyecto quieren tiempos de desarrollo cortos y bajo riesgo de proyecto mientras cumplen objetivos de costo difíciles, mandatos térmicos, limitaciones de tamaño y más.

Además, se enfrenta a la realidad de “hacerlo usted mismo”: diseñar una fuente de alimentación decente con componentes discretos no es difícil, pero diseñar una realmente buena que cumpla con una gran variedad de objetivos, a menudo contradictorios, puede ser muy difícil, especialmente cuando se trata de lograr esos últimos puntos porcentuales de rendimiento. Cuando se trata de magnetismo, como ocurre en estos convertidores, muchos equipos pueden no contar con la experiencia especializada internamente.

Una tercera vía resuelve el conflicto

Al reconocer este dilema discreto/modular, RECOM Power ha desarrollado un enfoque alternativo para las soluciones de energía discreta. Sus "bloques de construcción" le permiten construir su propio convertidor, asegurando que los distintos bloques funcionen juntos, minimizando así la incertidumbre y el riesgo de diseño.

Este nuevo enfoque reconoce que los componentes magnéticos, los efectos parasitarios, los transitorios de conmutación, el aislamiento, la EMI y más deben entenderse y que sus impactos deben estar debidamente equilibrados. Esto es especialmente cierto porque el efecto dominó de ajustar las especificaciones de un componente para mejorar el rendimiento suele tener efectos perjudiciales en otras partes del diseño.

La arquitectura discreta CC/CC de RECOM, basada en soluciones CI de controlador más transformador, simplifica la transición de un módulo CC/CC ya fabricado a una fuente de alimentación discreta CC/CC. La cartera se centra en CI de RECOM Power combinados con transformadores de dispositivos de montaje superficial (SMD) cuidadosamente probados y preprobados.

Echar un vistazo más de cerca

Las topologías principales de convertidores CC/CC, puente completo, push-pull y flyback, requieren tres funciones clave (Figura 1): un chip controlador de transformador CC/CC, un transformador (en un papel algo diferente en el diseño flyback) y un rectificador o rectificador/regulador. Este último se implementa normalmente utilizando componentes comerciales (OTS).

Figura 1: Independientemente de la topología subyacente de un convertidor CC/CC, una vista general muestra tres etapas: controlador de transformador, transformador y rectificador/regulador. (Fuente de la imagen: RECOM Power)

El chip controlador del transformador en el lado primario define la topología y los parámetros esenciales de funcionamiento. RECOM ofrece tres unidades similares para soportar las topologías dominantes de convertidor:

• El controlador del transformador push-pull RVP010-PPN-R (Figura 2)
• El controlador de transformador de puente completo RVP001-FBN-R
• El controlador de vuelta en modo corriente regulado RVPW011-FJ1-R

Por ejemplo, el controlador de transformador push-pull RVP010-PPN-R está diseñado para microalimentaciones de pequeño formato, bajo consumo de energía, y viene en un paquete SMD SOT23-6 de 3.0 × 3.02 milímetros (mm).

Figura 2: A pesar de su diminuto paquete SOT23-6, el controlador de transformador push-pull RVP010-PPN-R incorpora un conjunto completo de funciones específicas para convertidores CC/CC. (Fuente de la imagen: RECOM Power)

Solo necesita agregar un conjunto sencillo de componentes periféricos al RVP010-PPN-R, incluyendo capacitores de filtro de entrada y salida, un transformador de aislamiento y un circuito rectificador, para acabar con una fuente de alimentación aislada con una entrada de 2.8 a 6 voltios, una tensión de salida que va de 3.3 a 24 voltios y una potencia de salida entre 1 y 3 vatios.

El RVP010-PPN-R integra un oscilador interno que genera un par de señales complementarias de alta precisión para accionar dos conmutadores de canal N. Una arquitectura interna simétrica asegura un excelente equilibrio entre los dos interruptores de encendido, minimizando la polarización magnética durante el funcionamiento. También se integra un circuito de control de tiempo muerto de alta precisión para evitar la conducción simultánea de los dos interruptores de alimentación en todas las condiciones de funcionamiento.

El transformador determina la tensión o el voltaje de salida y proporciona aislamiento galvánico (óhmico). En lugar de que elija un transformador adecuado entre las cientos de opciones en el mercado, RECOM ofrece la familia RMR en su serie XFMR de transformadores SMD estándar con diversas relaciones de giro y clasificaciones de aislamiento, cada uno ajustado para adaptarse a las necesidades de los transductores de la serie RVP y garantizar la compatibilidad.

Por ejemplo, el RMR-039-A55S-R (Figura 3) es un pequeño transformador de aislamiento SMD de 1500 voltios CC (VCC) diseñado para funcionar con el controlador push-pull RVP010-PPN-R. Cuenta con cuatro bobinados con relaciones de giro de 1:1 (entre los lados primarios) y 1:1,11 (de cada primaria a la secundaria).

Figura 3: El transformador RMR-039-A55S-R está diseñado para funcionar perfectamente con el controlador del transformador RVP010-PPN-R. (Fuente de la imagen: RECOM Power)

Estos magnéticos comerciales le ayudan a implementar rápidamente una etapa de potencia que refleja la eficiencia de los módulos probados de RECOM. Estos emparejamientos validados reducen el riesgo de diseño, simplifican la selección de componentes y aceleran el tiempo de comercialización mientras optimizan el costo y el rendimiento.

Finalmente, el CI secundario es un rectificador o rectificador/regulador que convierte la salida de CA del transformador en CC y, cuando es necesario, estabiliza la tensión de salida. La fuente aislada de CC/CC también incluye componentes pasivos como capacitores para el acondicionamiento de señal y resistencias para la limitación de corriente. Estos componentes suelen ser seleccionados por el diseñador para cumplir con los requisitos específicos de tensión de carga, corriente de ondulación y otros requisitos de aplicación.

Conclusión

Al combinar la experiencia en energía modular con flexibilidad de diseño discreto, RECOM Power ofrece soluciones de energía escalables y eficientes. Con este enfoque, ya no está limitado por una solución modular ni abrumado por opciones de diseño discretas. En cambio, se obtiene flexibilidad y compatibilidad validada entre los componentes constituyentes.