Модуль неізольованого перетворювача постійного струму має спільну землю між входом і виходом, змінюючи одну напругу постійного струму на іншу без трансформаторного бар’єру. Це єдине рішення робить ці модулі меншими, дешевшими та зазвичай ефективнішими, ніж ізольовані еквіваленти, а також визначає, де їх можна використовувати. Якщо ваше навантаження та ваше джерело вже посилаються на ту саму землю, неізольований модуль зазвичай є кращим інженерним та комерційним вибором. Якщо ні, це неправильна частина, незалежно від того, наскільки добре виглядає її крива ефективності. У цьому посібнику описано, що означає 'неізольований', де ці модулі належать, а також шість параметрів специфікації, які визначають, який номер деталі ви запитуєте пропозицією.

Ключові висновки

• Спільна земля є визначальною власністю. Вхідний результат і вихідний результат є одним і тим же вузлом; розмір, вартість, ефективність і дизайн захисту випливають з цього.

• Виберіть за вхідним діапазоном перед вихідною напругою. Вхідний діапазон фіксується вашою шиною; вихідні дані зазвичай можна обрізати в опублікованому вікні.

• Встановіть поточний розмір для гіршого випадку, а потім зменште значення. Рейтинг при 25 °C – це не те, що модуль забезпечує всередині герметичної оболонки при 60 °C.

• Ізоляція є системною вимогою, а не перевагою. Ізольований модуль коштує дорожче і займає більше місця, тому вирішуйте це перед порівнянням цін.

• Герметичність і вібрація вирішують установки автомобіля. Вібрація, теплові цикли та проникнення пилу вбивають модулі ще до того, як це зробить один раз вода.

• Враховується лише таблиця специфікацій. Перевірте вхідний діапазон, безперервний струм і порогові значення захисту з таблиці даних, а не з маркетингового огляду.

Що «неізольований» насправді означає на практиці

Чому неізольовані модулі мають спільний шлях заземлення?

У неізольованій топології вхідний зворотний зв’язок і вихідний зворотний зв’язок електрично є одним і тим же вузлом. Перемикаючий каскад все ще підвищує або знижує напругу, але жоден трансформатор не забезпечує гальванічного розділення. Опублікований приклад пояснює це: неізольований водонепроникний понижуючий перетворювач 12 В/24 В на 5 В вказує свій тип ізоляції як 'Неізольований (загальне заземлення)', номінальний вхід 12 В / 24 В постійного струму, вихід 5 В постійного струму, максимальний безперервний вихідний струм 10 А, ефективність перетворення більше 90 % і діапазон робочих температур від –40 °C до +85 °C. Без бар’єру немає потреби у відстанях току витоку та зазорах, необхідних трансформатору, і втрат в сердечнику на шляху живлення — отже, менша площа, менша кількість матеріалів і вища ефективність при тому самому рівні потужності.

Коли цей спільний шлях стає небезпечним?

Повторюються три ситуації. Ваше джерело може мати обернене або плаваюче посилання відносно навантаження, що неізольований модуль не може виправити. Вашим навантаженням може бути передній кінець вимірювання, який не повинен бути прив’язаний до шини живлення, що зазвичай використовується для вимірювальних підсилювачів, струмових шунтів та ізольованих інтерфейсів датчиків. Або вашій системі може знадобитися розірвати контур заземлення, де два пристрої з’єднані в різних точках.

Якщо застосовно щось із цього, укажіть ізольований модуль. The Діапазон ізольованих перетворювачів постійного струму пропонує корисне порівняння: сімейство приладів SD-350 приймає 19–36 В постійного струму, 36–72 В постійного струму або 72–144 В постійного струму залежно від суфікса моделі, публікує час утримування 30 мс при повному навантаженні та визначає витримувану напругу 1,5 КВАC на вході-виході та 1,5 КВАC на вході-виході з опір ізоляції 100 МОм при 500 В постійного струму. За цей бар’єр ви платите.

Скільки ефективності ви отримуєте?

Прибуток реальний, але його не слід перебільшувати. Неізольовані бакові модулі в неізольований понижуючий діапазон DC-DC зазвичай публікує ефективність перетворення вище 90%, тоді як ізольований перетворювач з аналогічною потужністю має трохи нижчу ефективність. Ця прогалина рідко вирішує закупівлю — вирішальними факторами є площа, вартість і те, чи потрібна взагалі ізоляція.

Таблиця 1: Неізольовані та ізольовані модулі перетворювача DC-DC

Де неізольовані модулі – це правильний вибір

Автомобіль, акумулятор і системи мобільності

Електричні системи автомобіля є класичним домом для неізольованого модуля, тому що шасі вже є загальним стандартом для всього, що є на борту. Опублікований діапазон відображає: від 12 В до 24 В при 1–50 А, від 12 В до 48 В при 1–20 А, від 24 В до 48 В при 3–42 А для автомобілів для гольфу, від 36 В/48 В до 12 В при 3–100 А для електромобілів і від 24 В до 13,8 В для навантажувачів. Сімейства Boost-buck охоплюють входи, які можуть розташовуватися по обидва боки від мішені, включаючи 8–40 В до 12 В при 3–60 А та 9–40 В до 24 В при 2–30 А.

Сонячна та телекомунікаційна шина постійного струму

Другою основною придатністю є шини постійного струму з високою напругою. А Понижуючий перетворювач з 48 В на 24 В з номінальним струмом від 3 А до 85 А з водонепроникним корпусом IP68 створений для сонячних систем, а Сімейство від 72 В до 12 В / 13,8 В охоплює від 5 А до 60 А. Телекомунікаційний випадок є повчальним: стійка вже забезпечує загальне посилання, тому гроші, заощаджені на ізоляції, замість цього йдуть на рейтинг корпусу.

Промислова шина 24 В живить електроніку керування 5 В і 12 В

Усередині шафи керування шина 24 В зазвичай є єдиним джерелом для модулів ПЛК, датчиків, реле та ланцюгів індикаторів, тому зниження напруги до 5 В або 12 В є підручником. Понижуючий перетворювач 12 В/24 В до 5 В IP68, що охоплює 3 А до 60 А, або понижуючий перетворювач 24 В до 12 В, що охоплює 1,5 А до 100 А, справляється з цим завданням; резервування належить до рівня живлення та його власного модуля.

Таблиця 2: Опубліковані вхідні, вихідні та поточні комбінації

Шість параметрів вибору, які визначають номер деталі

Який вхідний діапазон насправді має ваша шина?

Почніть з автобуса, а не з вантажу. Номінальна система з напругою 24 В не підтримує 24 В — вона підвищується під час заряджання та ослабляє під навантаженням, а конвертер, вказаний проти номінального значення, випаде в невідповідний момент. Запишіть мінімум і максимум, які може досягти ваша шина, а потім виберіть модуль, опублікований діапазон якого охоплює обидва кінці з запасом.

Скільки діапазону налаштування вам потрібно на виході?

Деякі вантажі приймають фіксовану рейку; інші хочуть регульований, щоб один номер деталі охоплював кілька варіантів продукту. Прийміть рішення заздалегідь, тому що цей вибір виключає цілі родини з короткого списку. Закриті джерела більшої потужності часто публікують безперервне вікно регулювання, тоді як компактні знижувальні модулі вказуються на фіксованих виходах. Ізольоване сімейство SD-350 у цьому портфоліо публікується як багатовольтний інструментальний перетворювач, який є шаблоном, який слід шукати, коли відповідне обладнання потребує кількох вихідних шин.

Ви визначили струм для гіршого випадку?

Постійний струм при еталонній температурі є відправною точкою, а не відповіддю. Візьміть опубліковану цифру, додайте запас для пускового кидка, а потім застосуйте криву зниження для температури, яку фактично бачитиме модуль. Окремо розглядайте пікові номінальні значення: модуль резервування з номінальною потужністю 20 А безперервно може витримувати 30 А лише протягом п’яти секунд.

Чи існує тепловий шлях для ефективності, яку ви цитували?

Модуль, який використовує понад 90%, перетворює решту в тепло, і це тепло має виходити з корпусу. Якщо модуль закритий і герметичний, сам рейтинг корпусу, який захищає його, також утримує його тепло, тому крива зниження номінальних характеристик має більше, а не менше значення. Формати кріплення на шасі залишаються популярними, оскільки шасі стає частиною теплового тракту.

Які функції захисту не підлягають обговоренню?

Перевірте захист від перевантаження та перегрівання та перевірте фактичні порогові значення. Сімейство ізольованих приладів SD-350 дає придатний еталон: захист від перевантаження при 105% до 135% номінальної вихідної потужності та функція перегріву, яка вимикає вихід і автоматично відновлюється, коли температура падає. Його витримувана напруга опублікована як 1,5 кВА змінного струму вхід-вихід і вхід-кадр з 0,5 кВА змінного струму вихід-кадр при опорі ізоляції 100 МОм при 500 В постійного струму. Точки поїздки повинні знаходитися за межами звичайної оболонки вашого вантажу, але всередині її оболонки виживання.

Який рейтинг корпусу справді вимагає встановлення?

Для транспортних засобів, сонячних батарей і зовнішніх телекомунікаційних робіт класифікація корпусу часто вирішує вибір. Водонепроникність і пилонепроникність IP68 одночасно захищають пристрій від вологи, проникнення пилу та вібрації, що є поєднанням, яке має значення в транспортному засобі, що рухається, або в шафі на вулиці. Не плутайте рейтинг модуля з рейтингом вузла, в якому він розташований: герметичний корпус із незакритим кабельним входом нічого не дає.

Вибір розміру модуля для промислового навантаження від 24 В до 12 В

Припустимо, що номінальна шина 24 В досягає 28 В під час заряджання та провисає до 20 В під навантаженням, живлячи рейку 12 В, яка споживає 8 А безперервно з кидком 12 А протягом 200 мс.

Крок 1 — Підтвердьте вікно введення. Шина охоплює від 20 В до 28 В. Модуль, указаний лише на 24 В, не відповідає вимогам; опублікований повний діапазон перетворювачів DC-DC включає сімейства, вхідні вікна яких охоплюють його.

Крок 2 — Перетворення в потужність із запасом. При 12 В і 8 А постійне навантаження становить 96 Вт. Додайте 20% інженерного запасу для старіння та допуску вимірювання, що дасть приблизно 115 Вт.

Крок 3 — Перевірте струм окремо. Постійна нічия становить 8А, а порив 12А. Понижуючий перетворювач з 24 В на 12 В, що покриває струм від 1,5 А до 100 А, розташований всередині обох, але перевірте тривалість пускового напруги відповідно до таблиці даних.

Крок 4 — Застосуйте температурне зниження. Встановіть навколишнє середовище шафи, потім прочитайте там криву зниження. Якщо крива зменшує оцінку на 30% за навколишнього середовища, ця знижена цифра є вашою початковою точкою.

Крок 5 — Вирішіть питання ізоляції в останню чергу. Якщо для навантаження потрібен власний еталон, вкажіть ізольований модуль, такий як сімейство SD-350, з витримуваною напругою вхід-вихід 1,5 КВАК. Якщо ні, перейдіть до неізольованої частини.

Лише ілюстративний метод; не є специфікацією продукту SMUN.

Підводні камені встановлення та захисту

Занижена вхідна проводка. Перетворювач, який знижує напругу з 48 В до 13,8 В при високому струмі, споживає оманливо великий вхідний струм на нижньому кінці вхідного діапазону. Розмір провідників для найгіршого випадку вхідного струму, а не номінального значення.

Ігнорування зворотного шляху. У неізольованому дизайні повернення є спільним, тому будь-який опір на цьому шляху з’являється в обох колах. Прикріпіть зворотню належним чином, а не покладайтеся на з’єднання шасі.

Кріплення герметичного модуля на гарячу поверхню. Ущільнення ізолює електроніку від шасі, а також від навколишнього середовища. Якщо блок має бути як герметичним, так і змонтованим на шасі, перевірте зниження номінальних характеристик за допомогою реального монтажного пристрою.

Якщо припустити, що звільнення надається безкоштовно. Резервування є окремою складовою. Спеціальний резервний модуль на DIN-рейку 20 А, що працює від 12 В, 24 В або 48 В постійного струму, підтримує конфігурації 1+1 і N+1, і його потрібно чітко передбачити в бюджеті, а не припускати від перетворювача.

Висновок

Неізольований модуль перетворювача постійного струму в постійний струм є правильною та економічною відповіддю, коли ваше навантаження має спільний опорний сигнал із джерелом. Інженерний випадок простий: спільна земля, відсутність трансформаторного бар’єру, менша площа, нижча вартість та ефективність перетворення, як правило, вище 90%.

Комерційний кейс так само простий, якщо ви правильно вкажете. Візьміть вхідний діапазон від вашої шини, розмір струму для найгіршого випадку, прочитайте криву зниження номінальних параметрів за реальної навколишнього середовища в шафі та підтвердьте порогові значення захисту від вашої оболонки навантаження. Якщо програма вимагає справжнього відокремлення, визнайте, що ізольований модуль є правильною частиною.

Перш ніж надсилати запит, підтвердьте мінімальний і максимальний рівень шини, перетворіть навантаження в потужність із запасом, перевірте пусковий струм відповідно до опублікованого максимального номінального значення, прочитайте криву зниження номінальних характеристик за навколишнього середовища та визначте, чи може ваше навантаження спільно використовувати землю.

FAQ

З: Що таке неізольований модуль перетворювача постійного струму?

A: Перетворювач постійного струму в постійний, вхід і вихід якого мають спільну землю, без трансформатора, що забезпечує гальванічну розв’язку. Неізольований водонепроникний понижуючий перетворювач із 12 В/24 В на 5 В зазначає тип ізоляції як 'Неізольований (загальне заземлення)' і забезпечує безперервну напругу 5 В постійного струму до 10 А з ефективністю понад 90%.

Питання: коли я повинен замість цього вибрати ізольований перетворювач?

A: Коли навантаження потребує опорного сигналу, окремого від джерела: передні кінці вимірювання, ізольовані інтерфейси датчиків, системи, необхідні для розриву контуру заземлення, і будь-які програми, у яких джерело та заземлення навантаження мають різні потенціали. Якщо жоден не підходить, неізольований модуль зазвичай виграє за площею та вартістю.

З: Як правильно визначити поточний рейтинг?

A: Почніть із безперервного вихідного струму, додайте запас для пускового кидка, а потім застосуйте криву зниження номінальних характеристик для температури навколишнього середовища вашого корпусу. Пікові показники обмежені за часом — 20 А безперервно може означати 30 А лише протягом п’яти секунд — тому розглядайте безперервність і пік як окремі обмеження.

З: Чи означає вищий рейтинг ефективності, що я можу ігнорувати тепловий дизайн?

A: Ні. Навіть модуль вище 90% перетворює решту в тепло, а герметичний корпус, який захищає електроніку, також утримує це тепло. Крива зниження номінальних параметрів у вашому реальному середовищі шафи визначає, що може забезпечити модуль.

Питання: Який клас захисту я повинен вказати для транспортного засобу чи використання поза приміщенням?

A: Водонепроникні та пилонепроникні корпуси IP68 є звичайними для транспортних засобів, сонячних батарей і телекомунікаційних установок на вулиці, оскільки вони одночасно захищають пристрій від вологи, проникнення пилу та вібрації. Перевірте також спосіб підключення: герметичний корпус із негерметичним кабельним входом не відповідає заявленим характеристикам.