深入解析Murata Power Solutions UVQ系列DC-DC转换器

在电子设备的设计中，高效稳定的电源供应是至关重要的。Murata Power Solutions的UVQ系列低剖面、隔离式四分之一砖2.5 - 40安培DC - DC转换器，凭借其出色的性能和丰富的特性，成为众多工程师的理想选择。今天，我们就来深入了解一下这个系列的产品。

文件下载：UVQ-12/10-D48P-C.pdf

产品特性亮点

1. 紧凑设计与灵活输出

UVQ系列采用标准的四分之一砖封装和引脚布局，高度仅为0.42英寸，非常适合对空间要求较高的应用。它能提供1.5至48V的输出电压，功率最高可达125W，输出电流最大为40A，可满足不同设备的电源需求。

2. 高效能与稳定性

该系列转换器的效率最高可达92%，能有效减少能量损耗。同时，它具有出色的电气性能，整体噪声低至35mVp - p（3.3V型号），阶跃响应快速（低至50µsec），即使在无负载的情况下也能保持高稳定性和严格的输出调节。

3. 全面保护机制

UVQ系列具备完善的保护功能，包括输出过压、短路保护，以及对温度和电压极限的保护。当达到热极限时，板载温度传感器会关闭转换器，采用“打嗝”（自动重启）方法进行保护，确保设备的安全可靠运行。

4. 丰富控制功能

提供远程开/关控制输入，可通过外部数字逻辑、继电器或晶体管输入进行操作。还具备微调（Trim）和感应（Sense）功能，微调输入可连接用户的调节电位器或微调电阻，用于更精确地校准输出电压；感应输入则可动态补偿欧姆损耗，保证负载端的输出电压精度。

5. 安全认证与隔离

符合RoHS - 6标准，设计满足UL/IEC/EN60950 - 1安全认证。输入/输出采用2250Vdc（BASIC）绝缘，实现完全隔离，同时进行了辐射发射测试，符合广泛接受的EMC标准。

性能规格与选型

1. 性能规格总结

UVQ系列涵盖多种型号，不同型号的输出电压、电流、功率、效率等参数有所不同。例如，UVQ - 1.5/40 - D24P - C型号的输出电压为1.5V，输出电流为40A，功率为60W，效率可达86.5% - 88%；而UVQ - 48/2.5 - D48N - C型号的输出电压为48V，输出电流为2.5A，功率为120W，效率高达91% - 92.3%。

2. 选型要点

在选择UVQ系列转换器时，需要考虑输入电压范围（24V或48V标称输入）、输出电压和电流需求、效率要求以及工作温度范围等因素。同时，要注意一些特殊要求，如是否需要远程开/关控制的正逻辑或负逻辑，以及是否需要安装可选的底板以扩展热管理等。

技术细节与应用注意事项

1. 输入特性

输入电压范围为18 - 36V或36 - 75V（24V或48V标称），全功率电流最高可达5.6A（具体取决于型号）。具备2kVdc至2250V的隔离能力，远程开/关控制可采用开关或FET控制，支持正逻辑或负逻辑。

2. 输出特性

输出电压为1.5至48V ±10%，可调节；输出电流范围为2.5至40A，无最小负载要求。输出精度可达V NOM的1%（大多数型号），纹波和噪声低至35mVp - p（取决于型号），线路和负载调节精度低至±0.125%/±0.25%（取决于型号）。具备过流保护（150%的I OUT max.）和过温保护（+125 °C）。

3. 动态特性

动态负载响应时间低至50μsec（取决于型号），启动时间因型号而异，开关频率在240 - 650KHz之间。

4. 环境特性

工作温度范围为–40至+110°C（带底板，具体见降额曲线），储存温度为–55至+130°C（部分型号为–55至+125°C）。相对湿度可达+85°C/85%，非冷凝。

5. 机械特性

带底板尺寸为1.45 x 2.30 x 0.5英寸（36.83 x 58.42 x 12.7 mm），不带底板尺寸为1.45 x 2.30 x 0.42英寸（36.83 x 58.42 x 10.67 mm）。底板材料为铝，引脚材料为铜合金，引脚直径为0.040/0.062英寸（1.016/1.575 mm）。

6. 应用注意事项

• 输入源阻抗：UVQ转换器必须由低交流阻抗输入源驱动，高电感源阻抗会影响DC - DC的性能和稳定性。可采用图2所示的输入电路来最小化输入走线中电感的影响，并且组件应靠近DC - DC转换器安装。
• I/O滤波：外部输入电容主要作为能量存储元件，应选择具有大容量、低ESR和高均方根纹波电流额定值的电容。输出电容作为真正的滤波元件，可采用额外的外部输出电容来降低输出纹波/噪声。
• 启动阈值和欠压关机：在正常启动条件下，输入电压超过启动阈值时，UVQ系列才会开始正常调节；工作时，电压低于欠压关机点，设备将关闭，电压恢复到启动阈值以上时会自动重启。
• 预偏置保护：对于输出端可能存在预偏置电位的应用，建议在Vout电源线中串联阻塞二极管，或使用如TI的LM5050 - 1高端和LM5051低端OR - ing FET控制器等解决方案，以防止模块损坏。
• 开/关控制：远程开/关控制功能（引脚2）可指定为正逻辑或负逻辑。正逻辑设备（“P”后缀）在引脚2开路或拉高时启用，拉低时禁用；负逻辑设备在引脚2高电平/开路时关闭，拉低时开启。
• 电流限制和短路保护：当输出功率需求增加进入指定的“限制起始范围”时，DC - DC转换器的限制电路会启动，限制最大电流或总功率。短路条件是“电流限制”条件的延伸，采用“打嗝”模式，可降低平均输入和输出功率水平，防止内部温度过高。
• 热关机和过压保护：UVQ转换器配备热关机电路，内部温度超过设计工作温度时会自动关机，温度下降后会自动重启。输出过压保护通过磁耦合监测输出电压，出现过压故障时会关闭PWM控制器，采用“打嗝”模式。
• 输入反极性保护和熔断：输入电压极性反转时，内部二极管会正向偏置，可能从电源吸取过大电流，需确保电源有电流限制或电路适当熔断。建议使用快速熔断保险丝，其值不超过最大输入电流的两倍。
• 输出电压微调：UVQ转换器具有微调功能（引脚6），可将输出电压从+10%调节到–20%。可使用单个固定电阻进行调节，但调节范围超过指定值会影响转换器性能，不建议这样做。同时，要注意输出电压和感应电压的差异，避免触发过压保护电路。

散热解决方案

1. 铝制散热器

UVQ系列转换器的底板可连接到外壳壁或散热器上，以散发内部功率损耗产生的热量。该系列提供低剖面挤压铝制散热器套件，如HS - QB25 - UVQ、HS - QB50 - UVQ和HS - QB100 - UVQ，套件包括散热器、热安装垫、螺丝和安装硬件。

2. 热性能计算

散热器的热阻与自然对流和气流有关。在自然对流（无风扇或其他机械气流）且海平面高度的情况下，HS - QB25 - UVQ散热器的热阻为12 °C/Watt，热安装垫增加的串联电阻约为0.5°C/Watt，总组装电阻为12.5°C/Watt。可根据以下公式计算内部功率损耗和散热器温度：

• 功率损耗 [Pd]= 输入功率 - 输出功率
• 输出功率 / 输入功率 = 效率（%） / 100
• 功率损耗 [Pd]= 输入功率 x (1 - 效率% / 100)
• 功率损耗 [Pd]= 输出功率 x (1 / (效率% / 100) - 1)
• 内部热耗散 [Pd in Watts] = (Ts – Ta)/RQ [at airflow]
• Ts = (Pd × RQ [at airflow]) + Ta

其中，Ta是外壳内散热器处的空气温度，Ts是散热器温度，RQ [at airflow]是特定散热器在设定气流速率下的热阻。

3. 气流对热阻的影响

可使用近似公式RQ [at airflow]=RQ [natural convection] / (1 + (Airflow in LFM) x [5] 来计算净热阻，其中“Airflow in LFM”是转换器处的净空气流动速率，“Airflow Constant”取决于风扇和外壳几何形状。小量的强制气流能有效散热，但高气流的效果会逐渐减弱；无强制气流会导致大量热量积聚。

测试与验证

Murata Power Solutions采用计算机控制的定制闭环垂直风洞、红外视频摄像系统和测试仪器，对电源产品进行准确的气流和热耗散分析。通过该系统，可以研究不同气流方向（纵向和横向）下的热耗散情况，模拟真实世界的测试条件，确保产品的性能和可靠性。

Murata Power Solutions的UVQ系列DC - DC转换器以其卓越的性能、丰富的特性和全面的保护机制，为电子设备的电源设计提供了可靠的解决方案。在实际应用中，工程师们需要根据具体需求合理选择型号，并注意各项技术细节和应用注意事项，以确保设备的稳定运行。同时，通过合理的散热设计和测试验证，可以进一步提高产品的性能和可靠性。你在使用类似DC - DC转换器时，遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。