Integración eficaz de convertidores CC/CC industriales

¿Qué opciones tiene un cliente si necesita obtener 100 W de potencia manteniendo el mismo tamaño, o si busca reducir de forma significativa el volumen total disminuyendo la demanda de potencia a 50 W?

Es en este contexto es donde los nuevos productos de P-DUKE ofrecen soluciones innovadoras, al proporcionar más potencia dentro de encapsulados estándar del mercado, como se muestra en la Figura 5.

El modelo FED100W es capaz de proporcionar 100W (tamaño 2”x1”), algo que muchos otros proveedores no logran: sus soluciones se limitan a 60W–80W o bien requieren tamaños más grandes, como el formato Quarter Brick (2,3” x 1,45”), que tiene un tamaño 67% mayor.

Por otro lado, en el tamaño estándar de 1”x1”, el nuevo LCD50W de P-DUKE puede suministrar hasta 50W de potencia, superando a otros productos del mercado que normalmente se quedan en el rango de 30W a 40W.

Los elementos clave para lograr este rendimiento mejorado son la reducción de pérdidas, una mejor transferencia térmica hacia el disipador y la PCB, y la eliminación de puntos calientes en el interior del módulo.

La utilización de semiconductores avanzados y los materiales del núcleo con menores pérdidas, junto con otras tecnologías de optimización, ha contribuido significativamente a reducir las pérdidas por conmutación.

Con una eficiencia de hasta el 94%, la nueva familia FED100W con tamaño 2”x1”, funcionando a 12V y con 100W de potencia, genera únicamente 6,38W de pérdidas a plena carga.

Utilizando el mismo disipador y flujo de aire, y con un diseño de PCB adecuado, este convertidor puede reemplazar directamente al modelo FED60W anteriormente utilizado, pero con la capacidad de suministrar un 67% más de potencia.

Como se muestra en la Tabla 2, este avance también se refleja en la densidad de potencia, que aumentó un 67% incluso teniendo en cuenta el volumen del disipador.

Tabla 2: Con el nuevo FED100W de P-DUKE, la densidad de potencia aumenta un 67%.

Otra característica destacada de este dispositivo es la temperatura máxima de la caja: 110°C, lo que permite trabajar en entornos con temperaturas ambiente más elevadas, utilizar disipadores térmicos más pequeños y requiere menos flujo de aire para una disipación eficaz en determinadas aplicaciones.

Otras posibilidades

Este mismo enfoque se aplicó en el diseño del nuevo convertidor de P-DUKE, el convertidor CC/CC de la serie LCD50W, con tamaño compacto de 1”x1”, que alcanza niveles de eficiencia de hasta el 92%. En comparación, los convertidores de otros fabricantes solo ofrecen entre 30 W y 40 W, y con una eficiencia entre 1% y 2% inferior.

Para los clientes que deseen aumentar la potencia en un proceso de rediseño, este módulo permite obtener 10 W adicionales sin necesidad de modificar su diseño. Por otro lado, si en el rediseño se opta por reducir la potencia a 50 W, es posible disminuir el espacio ocupado a la mitad utilizando el modelo de 1”x1” de P-DUKE.

La curva de reducción de potencia mostrada en la Figura 6 evidencia que, cuando este módulo se monta sobre una PCB de 3”x3”, es capaz de entregar su potencia máxima incluso con convección natural y sin disipador de calor, hasta temperatura ambiente de +55 °C.

Con un disipador de 0,5 pulgadas y un flujo de aire de 100 LFM en nuestra aplicación de ejemplo, el módulo puede suministrar 50 W de potencia continua hasta alcanzar una temperatura ambiente de 85°C, lo que lo hace apto para aplicaciones exigentes en entornos industriales.

La Figura 7 presenta las curvas de eficiencia del modelo FED100-24S15W, que opera con un rango de entrada de 9 a 36 V y salida de 15 V. La curva correspondiente al 100% de carga (línea roja en el gráfico), que sirve como referencia para definir los límites de reducción de potencia, permanece estable en todo el rango de tensión de entrada, lo que demuestra un comportamiento eficiente y fiable incluso bajo carga máxima.