Al igual que en el sector electrónico, la tendencia hacia densidades cada vez mayores se experimenta también en los convertidores CC/ CC. Es así como el convertidor de potenica baja RI3 recientemente presentado alcanza una potencia tres veces mayor que su antecesor presentado hace unos 15 años, con dimensiones casi idénticas. Con ocasión de la feria electronica 2016, Recom se enfoca ahora en el rango de potencia de 20 a 120 W con aspectos bastante similares y se enfoca junto a las aplicaciones exigentes de la industria particularmente en la tecnología ferroviaria.
Se podría decir que la densidad de potencia de los convertidores CC/CC se duplica aproximadamente cada 10 años. Para los usuarios implica esto que obtienen un rendimiento doble con idénticas formas constructivas o bien un volumen reducido a la mitad, con potencia idéntica. Dos ejemplos recientes: Cuando Recom lanzó al mercado hace casi 15 años la serie RO en una carcasa SIP4 (single-in-line-4 pin), su rendimiento alcanzó 1 W. Tres generaciones después, la serie RI3 recientemente presentada ofrece 3 W con una forma constructiva virtualmente idéntica. Lo mismo se aplica para clases de potencia superiores. Si hace casi dos décadas se necesitaba una carcasa de 76 x 66 mm para un convertidor de alta calidad de 40 W, los convertidores de hoy en día, como la serie RPA60 recientemente lanzada al mercado, brindan un 50 % más de potencia con una carcasa que mide apenas 2 x 1 pulgada.
Tendencia a la miniaturización topa con límites
Seguir con esta tendencia no es una tarea menor. Es cierto que las frecuencias de conmutación de los convertidores pueden aumentarse dentro de un margen limitado para ahorrar espacio mediante capacidades e inductividades más pequeñas. Componentes novedosos como MLCCs (Multi-Layer Ceramic Capacitor) y las tecnologías innovadoras de semiconductores de SiC, pasando por GaN hasta el HEMT (High Electron Mobility Transistors), podrían dar impulsos adicionales en el futuro. Pero el problema base sigue siendo el mismo: Se debe evacuar al entorno la potencia de pérdida generada en el convertidor. Esto puede resultar particularmente complicado cuando el convertidor ha sido concebido para temperaturas de servicio mayores al sistema electrónico circundante. Pero las posibilidades de una gestión térmica eficiente son limitadas. La ventilación forzada se topa rápidamente con límites cuando las condiciones de aplicación requieren una carcasa herméticamente cerrada o cuando se debe evitar el ruido de ventilación. Aunque es cierto que disipadores más grandes y pistas conductoras son sumamente útiles para reducir la resistencia térmica de un convertidor, el espacio ahorrado se volvería a perder en gran parte. Es por ello que el enfoque del desarrollo de convertidores CC/ CC debe apuntar en la complementación de la mayor densidad mediante una mejorada eficiencia, para reducir la generación de calor “en su fuente”. ¡Pero también aquí se alcanzan lentamente los límites físicos, aunque cada punto porcentual más del rango común de 85 a 90 % reduce el calor de pérdida en aprox. 10 %!
Densidad de potencia se eleva a 4,5 W/cm³
Con ocasión de la feria electronica 2016, Recom lanza cuatro series de convertidores nuevamente desarrollados al mercado que están disponibles con potencias de 20, 30, 60 y 120 W y cuentan con hasta 4,5 W/cm³ con la mayor densidad de potencia actualmente disponible (Figura 2). Esto fue posible sobre todo mediante la implementación de un transformador planar altamente eficiente y muy compacto que permite además un proceso de fabricación completamente automatizado Los nuevos convertidores alcanzan valores altos para el grado de rendimiento en sus respectivas clases de potencia. La serie RPA60 alojada en una pequeña carcasa de 2 x 1 pulgada sobrepasa la marca de 93 % en el pico. Especial atención prestó Recom en que los valores de pico no se alcanzan solamente con carga plena, sino también en el rango de 40 a 80 % que es de particular importancia para el uso práctico. Cuando se requieren por ejemplo solo 45 W en una aplicación, un convertidor de 60 W se ocupa solo en un 75 %. Pero cuando se trata de un valor de pico que se alcanza solo esporádicamente, baja el índice medio de ocupación rápidamente a un 50 %. Pero cuando el grado de rendimiento está notablemente debajo de la carga plena, la pérdida de potencia y la generación de calor resultarían mayor a lo que se piensa. Por esta razón se le recomienda encarecidamente a los usuarios que observen no solamente los valores de pico indicados en negritas en las hojas de datos técnicos cuando evalúan el grado de rendimiento, sino que revisen también el ciclo completo de margen de carga relevante para la aplicación. Porque particularmente en el margen de carga inferior se ven considerables diferencias entre los convertidores de diferentes fabricantes, a pesar de alcanzar valores de pico casi idénticos. La nueva serie RPA60 se manifiesta con resultados ejemplares y suministra valores excepcionales que van más allá del 90 % con tan solo 30 % de carga
Buena relación en calidad y precio
Los nuevos convertidores CC/CC han sido concebidos particularmente para exigentes aplicaciones industriales y cuentan junto al certificado UL 60950-1 también con la certificación EN50155 que se necesita para vehículos ferro-viarios. A pesar de ello han sido calculados a un precio sumamente conveniente. Las series RPA20 & 30 tienen entradas de 4:1 en el rango de 9 hasta 36 V y están disponibles con tensiones de 3,3 V, 5 V, 12 V y 15V con salida única o bien ±12 V y ±15 V con salida dual. La serie RPA60 está disponible con salida única de 5 V, 12 V, 15 V y 24 V. La serie RPH120H cuenta con entradas de 3:1 con valor nominal 110 V (53 V hasta 154 V) y suministra tensiones de 12 V, 15 V y 24 V en la salida. En todos los tipos puede atenuarse la tensión de salida mediante conmutación externa hasta en un ±10 %. La serie RPA120 cuenta con aislamiento reforzado de hasta 3000 V CC. Las versiones más pequeñas están aisladas hasta 1500 V CC o bien 1600 V CC. Todos los convertidores pueden controlarse en forma externa con lógica positiva o negativa. Están protegidos contra sobrecalentamiento, cortocircuito, sobrecarga y sobretensión y trabajan también sin carga en forma fiable. El MTBF está especificado según MIL-HDBK-217F y alcanza aprox. 6 millones de horas para la serie RPA60-FW. El servicio se permite para este módulo hasta una altura de 4500 metros. La temperatura de servicio cubre un rango de -40°C y +105°C bajo consideración del derating. Ambas series RPA20-AW (20 W) y RPA30-AW (30 W) tienen dimensiones de 25,4 mm x 25,4 mm x 10,2 mm sin disipador (1×1 pulgada). La serie RPA60-FW-tiene una carcasa de 2×1 pulgada y tiene una potencia de 60 W, mientras la serie RPA120H-RW alcanza un rendimiento doble con dimensiones de 57,9 mm x 61,0 mm (1/2 Brick). Todos los convertidores pueden suministrarse con disipadores premontados (sufijo HC). Recom suministra todos los convertidores con una garantía de 3 años. Sobre la base de los datos de rendimiento, la nueva familia presenta una relación calidad/precio sumamente atractiva. Los convertidores de 60 W ya están disponibles a aprox. 40 euros por unidad en caso de una compra mínima de 100 unidades. Primeras muestras ya están disponibles en los canales de distribución.