K78系列产品作为金升阳最成熟的产品之一,是LM78XX系列的理想替代品。产品具有效率高、体积小等优点,在工控、电力、仪表等多个行业都有重要的应用,得到了广大客户的好评。之所以能有如此口碑,在于其性能不仅是传统线性三端稳压器不能相媲美的,且比DIY的开关变换器具有性能优势。
以下内容用金升阳公司非隔离系列的代表产品K7805-500R2(其输出为5V/0.5A)为例,简述其与开板式产品的差异。
K7805-500R2为金升阳公司于2012年新推出的一代升级产品,采用超小型SIP封装,国际标准引脚,兼容LM78XX 系列,体积仅为11.5*10.2*7.6mm;且产品同时能够支持负输出使用,一体多用。
一、 模块化、辐射小
模块化的优点不仅体积小,且便于维护管理,节约时间。
另外,开关电源作为系统中主要的EMI干扰源,若不能在PCB Layout设计时处理好器件之间的相互干扰问题,则模块很容易对系统中的数字信号等敏感电路造成信号扰动。而K7805-500R2在设计时较好地处理了功率回路和信号回路之间的干扰,故其EMI性能较好。
二、 高效率、低温升
K7805-500R2效率高达94%,达到行业领先的水平。
产品体积虽小,但在PCB Layout设计时较大程度地使热量均匀分布,很好地处理了功率器件之间的热辐射问题,并且在成品的封装下能够迅速通过树脂将器件的温度扩散,与空气充分接触并散热,使得成品温升均匀分布,从而大大降低了器件表面的温升,提高了产品的寿命(经测试评估,K7805-500R2的MTBF长达200万个小时)。热设计的处理,往往需要大量的经验积累和总结,没有最好,只有更好,这是金升阳不变的旋律。
经测试,K7805-500R2的半成品在标称满载下最高元器件温升仅约43℃(Ta=26℃)。
三、 高可靠性
近年来,一些知名品牌因产品品质问题而不得不召回的事件屡屡发生,可靠性已然成为客户追求高品质的必要条件。K7805-500R2不仅在电路中具有可靠的保护电路,而且从设计源头保证了产品具有可靠的保护电路,而且从设计源头保证了产品具有较高的可靠性。
1. 保护功能
K7805-500R2具有短路保护、过载保护和过温保护功能。尤其在短路保护方面K7805-500R2具有突出优势。一般的IC芯片在短路时,IC内部通过降频控制方式使得产品不至于被损坏,但产品内部电流依然很大,导致损坏较大、发热严重,最终进入到过热打嗝保护模式,非真正意义的短路保护。而K7805-500R2产品通过特有的短路保护电路(已授权专利保护)降低短路电流(短路功耗典型值<0.8W),不但性能一致性好且不影响产品的启动性能和容性负载能力。
此外,通过树脂灌封的成品,使产品在防尘、防潮、防火等性能上较之开板式设计有了很高的提升。不仅提高了产品本身可靠性,同时也为系统的正常运行增加保障。
2. 设计方面
经过多年的实践,金升阳公司在开关电源设计上积累了丰富的经验,建立了全面的可靠性设计平台,如物料、失效分析等。通过可靠性设计平台,使得产品在器件设计选型时已经有了严格的设定规范,且对成品性能有一套完整的检测体系,从而保证产品在-40℃~71℃的温度范围内,都能够长期稳定的工作。这点是传统的LM78三端稳压器无法比拟的。
除此之外K7805-500R2的电路方案经过精心地设计和优化,产品已经具有足够的环路增益和相位余量,不仅保证了产品批量时的性能一致性,也使得产品本身具有良好的动态响应及开关机特性。然而,在设计初始,由于这些参数之间常常相互制约,若不借助频谱分析仪等仪器设备, 开关变换器的动态性能难以进行现象级的分析和优化。
3. ESD性能
非隔离产品的EMI性能防护,其重点在于ESD的防护。在非隔离电路中,其芯片是所有器件中ESD能力最弱的,故IC芯片的ESD防护成为非隔离产品设计中的重中之重。金升阳公司的K78系列,其ESD性能均能达到±4KV的标准,其中部分产品的ESD实际能力能够达到±6KV。(详见技术手册)
然而,一般情况下,自然界中的ESD为8000V以上(当ESD在3000V时,人体能够通过皮肤感知;当ESD在5000V时,人耳能够听见)。若采用裸板设计方案,由于IC芯片的ESD能力普遍为±2KV(人体模式),则IC的失效率很难控制。
四、 客户群广,久经考验
K78XX-500系列(K78XX-500R2的一代产品)具有广泛的客户群,产品经常用在工控、电力、煤矿等各种恶劣的环境中,但却一直保持着非常低的失效率,客户最放心的便是这久经考验的产品。经统计,K7805-500(K7805-500R2的一代产品)在2012年的客诉批退率低于100PPM。
K78是金升阳高效开关型稳压器的代号,作为替代传统3端稳压器而设计开发,初衷便是给客户解决问题。
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