Viabilidad de una fuente de alimentación conmutada ac-dc de muy alta temperatura

Estoy involucrado en un diseño de producto (en el lado mecánico, para ser claro que no soy un EE) donde necesitamos una fuente de alimentación conmutada ac-dc muy compacta que tomará 90-300vac, 50-60hz y salida 5 vatios a 12 voltios. Desde una perspectiva de ingeniería mecánica, sería extremadamente ventajoso si esta fuente de alimentación pudiera entregar esta potencia mientras funciona durante períodos prolongados (muchas horas) a una temperatura ambiente de hasta 105 °C.

Solo para hacer esto más desafiante, nuestro módulo necesitaría caber en un espacio de aproximadamente 15 mm de alto, 25 mm de ancho y alrededor de 50 mm de largo, por lo que encajaría muy bien. El suministro deberá estar certificado, por lo que se deben controlar detalles como el aislamiento (3000 V CA) y el ruido que afectaría a las radios wifi y Bluetooth.

Lo que me gustaría saber es qué tipo de consideraciones se tendrían en cuenta para determinar si es factible diseñar una fuente de alimentación de este tipo. Por ejemplo, mi comprensión limitada es que los capacitores son generalmente los componentes que limitan la clasificación de temperatura y la confiabilidad, pero también parece que ha habido un avance significativo en los capacitores de tantalio y cerámica de alta temperatura que harían factible una fuente de alimentación de este tipo en la actualidad (aunque tal vez relativamente caro).

Gracias de antemano por cualquier perspectiva que pueda proporcionar.

No debería ser un problema, pero el diablo está en los detalles: ¿qué aislamiento de la CA necesita y qué nivel de CA es la entrada? ¿Qué rango de voltajes de CA puede esperar ver el diseño? ¿También hay refrigeración por aire forzado?
Idealmente, el voltaje debería funcionar en la mayoría de los lugares del mundo, entre 90 y 300 VCA, 50-60 Hz. El aislamiento debe ser de 3000 VCA para la certificación. Doble aislamiento estaría bien. Y sí, podemos forzar el enfriamiento de este componente para mantener la superficie a temperatura ambiente.
@ user2259745 Si puede forzar el enfriamiento de la superficie al ambiente, ¿por qué subiría a 105 grados? Solo trato de obtener la imagen completa.
La temperatura del aire ambiente será de 105 °C, por lo que los componentes se calentarán más que eso.
Ah, sí, eso puede ser un problema. Necesitará sobredimensionar una gran parte del circuito o el flujo de aire para mantenerlos lo suficientemente fríos. Un aumento de 20 grados dentro de su fuente de alimentación es muy fácil. Y mucho menos dentro del chip del controlador, incluso si su superficie es "solo 115", podría ser 150 en el interior, a menudo es cuando comienzan a hacer cosas raras que se supone que no deben hacer. Sin embargo, con las herramientas y los materiales adecuados, podría ser factible.

Respuestas (3)

Probablemente no sea un requisito severo: 105 ° C no es tan caliente, incluso puede obtener electrolíticos fácilmente que están clasificados para 125 ° C. Suponiendo (solo de su etiqueta) que la entrada será CA, es posible que necesite una tapa de filtro electrolítico bastante grande. A una frecuencia de conmutación suficientemente alta, es posible que pueda usar capacitores MLCC en otras partes del circuito.

El tamaño puede ser un problema: por lo general, la alta eficiencia (que desea a altas temperaturas) puede requerir un poco más de tamaño, y la altura de 15 mm (¿incluida la carcasa?) Es una restricción bastante estricta.

Espere una vida útil más limitada si tiene que operar durante un ciclo de trabajo sustancial a temperaturas muy altas y se necesitan electrolíticos. La clasificación de temperatura para las tapas electrónicas es para una vida medida en miles de horas, no en decenas de años, por lo que generalmente nos gusta operar a una temperatura promedio mucho menor que la temperatura nominal.

Acabo de hacer un escaneo rápido en busca de ideas sobre circuitos y surgió esto: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Utiliza el TNY267 bastante acreditado de Power Integrations y tienen herramientas de diseño en su sitio web: puede conectar números como el rango de voltaje de entrada y la potencia y el voltaje de salida y diseña un circuito para usted. Todavía queda mucho trabajo por hacer para incluirlo en el sobre y le recomendaría que use un consultor, etc., pero debería poder obtener una idea decente sobre el sobre espacial utilizando la Lista de materiales autogenerada de PI.

También creo que puede estar buscando conseguir un proveedor para enrollar el transformador de aislamiento para usted también (eso es lo que pasa con 140 vueltas y 8 vueltas en el diagrama).

.El pequeño flyback va a necesitar mucho trabajo para hacer el trabajo. A 300 Vac, ¿cuál sería el voltaje máximo del interruptor? La eficiencia es importante en estas altas temperaturas ambientales. ¿Cuántas partes necesitaría agregar para aumentar la eficiencia para decir 90 %, por lo que el autocalentamiento no sería un problema. El rectificador de media onda no es legal en algunos países. Será necesario que haya filtrado EMC para garantizar que pase EMC.
Como dije, es posible que se requiera un consultor para hacer esto correctamente, así que no elija @Autistic.

No definió un voltaje de entrada, y dado que no creo que realmente vaya a usar 220 VCA (porque solo puede usar un adaptador de montaje en pared y porque nunca se ajustaría a su tamaño, al menos de tipo seguro y confiable), vamos ver lo que haría.

Entonces, primero, hay circuitos integrados DCDC, con componentes externos. Una vez que tenga un grado automotriz (125 grados), solo necesita un diseño eficiente de aproximadamente el 95%, entonces su propia potencia será muy baja.

También hay módulos. Por lo general, requieren menos componentes. TI tiene uno que evalué y encontré muy bueno, aunque no estoy seguro acerca de la temperatura.

Problemas: ¿qué harás con los cables? Sin filtro, que puede ser bastante grande, el cable puede irradiar, no pasará las normas. ¿Está más caliente el exterior que el interior de la caja? Una vez vi un diseño en el que la electrónica se calentaba en lugar de ser enfriada por la carcasa. Es posible que necesite un poco de aislamiento térmico.

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