探索 DCH01 系列 1-W、3000-VDC 隔離非穩(wěn)壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器模塊

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，DC/DC 轉(zhuǎn)換器是不可或缺的組件，它能滿足各種電源轉(zhuǎn)換需求。今天，我們要深入探討德州儀器（TI）的 DCH01 系列 DC/DC 轉(zhuǎn)換器模塊，包括 DCH010505D、DCH010505S、DCH010512D 等型號(hào)。

文件下載：dch010512d.pdf

一、DCH01 系列產(chǎn)品概述

1. 主要特性

• 高隔離性能：具備 3-kVDC 隔離（操作），經(jīng)過 1 秒測(cè)試，連續(xù)施加在隔離屏障上的電壓為 60 VDC / 42.5 VAC，且為 UL60950 認(rèn)證產(chǎn)品。
• 標(biāo)準(zhǔn)封裝：采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 JEDEC 7 引腳 SIP 封裝，尺寸為 19.50 mm × 10.00 mm，所需外部組件極少，可有效節(jié)省電路板空間。
• 寬輸出電壓范圍：輸入電壓為 5 V ±10%，輸出電壓有 ±5 V、±12 V 或 ±15 V 可選，還支持串聯(lián)操作以獲得更高輸出電壓，支持并聯(lián)操作以獲得更高輸出功率。
• 高效能：效率高達(dá) 78%。

2. 應(yīng)用場(chǎng)景

DCH01 系列憑借其高性能和小尺寸的特點(diǎn)，適用于多種場(chǎng)景，如現(xiàn)場(chǎng)電源轉(zhuǎn)換、接地環(huán)路消除、數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制和儀器儀表以及測(cè)試設(shè)備等。

二、產(chǎn)品詳細(xì)參數(shù)

1. 產(chǎn)品對(duì)比

2. 引腳配置與功能

3. 規(guī)格參數(shù)

• 絕對(duì)最大額定值：5 - V 輸入型號(hào)的輸入電壓最大為 7 V，存儲(chǔ)溫度范圍為 –55°C 至 125°C。
• ESD 額定值：人體模型（HBM）為 ±2000 V，帶電設(shè)備模型（CDM）為 ±250 V。
• 推薦工作條件：輸入電壓范圍為 4.5 V 至 5.5 V，工作環(huán)境溫度范圍為 –40°C 至 85°C。
• 熱信息：結(jié)到環(huán)境的熱阻為 66°C/W，結(jié)到頂部的表征參數(shù)為 3°C/W，結(jié)到電路板的表征參數(shù)為 66°C/W。
• 電氣特性：在 (T{A}=25^{circ} C) 和 (V{1}=5 ~V) 條件下，不同型號(hào)的輸出電壓、負(fù)載調(diào)節(jié)、輸出紋波、輸入電流、效率等參數(shù)各有不同。

三、隔離特性解析

1. 隔離類型

• 操作或功能隔離：通過高壓測(cè)試定義，通常在變壓器構(gòu)建中使用絕緣線作為主要隔離屏障。這種隔離的產(chǎn)品不能用于安全隔離系統(tǒng)。
• 基本或增強(qiáng)隔離：由電源初級(jí)和次級(jí)電路之間指定的爬電距離和電氣間隙限制定義，除絕緣線外，輸入和輸出電路還需物理分隔指定距離。

2. 連續(xù)電壓與隔離電壓

• 對(duì)于無(wú)特定安全機(jī)構(gòu)認(rèn)證（操作隔離）的設(shè)備，正常操作時(shí)施加在器件上的連續(xù)電壓應(yīng)小于 42.4 (V_{RMS }) 或 60 VDC。
• TI 的 DCH01 系列 DC/DC 轉(zhuǎn)換器在生產(chǎn)時(shí)都經(jīng)過 3.5 kVDC 持續(xù) 1 秒的測(cè)試，該測(cè)試電壓用于驗(yàn)證隔離完整性，但不能依賴其進(jìn)行安全隔離。

3. 重復(fù)高壓隔離測(cè)試注意事項(xiàng)

重復(fù)高壓隔離測(cè)試可能會(huì)降低 DCH01 的隔離能力。由于其采用環(huán)形漆包線隔離變壓器，且初級(jí)和次級(jí)繞組之間無(wú)額外絕緣，雖然器件能承受多次規(guī)定測(cè)試電壓，但隔離能力取決于線絕緣。因此，應(yīng)嚴(yán)格限制高壓測(cè)試次數(shù)，若必須進(jìn)行，需將電壓降低 20%，且每次測(cè)試持續(xù)時(shí)間限制為 1 秒。

四、應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

1. 可選輸入和輸出濾波器

• 輸入和輸出電容器：添加 4.7 - μF 或更大的陶瓷電容器可有效降低輸出紋波和噪聲，靠近輸出電源端子放置可使輸出紋波或噪聲降低 10% 至 30%；在輸入電源引腳附近添加 4.7 - μF 陶瓷電容器可使反射傳導(dǎo)紋波或噪聲降低 30% 至 50%。DCH01 輸出的推薦最大容性負(fù)載為 100 μF（非陶瓷）。
• π 濾波器：若需要進(jìn)一步降低紋波或噪聲水平，可使用 π 濾波器。它采用與穩(wěn)壓器輸入或輸出端子串聯(lián)的鐵氧體磁珠電感器，能使紋波或噪聲至少降低 15 - 20 dB。

2. 啟動(dòng)與連接方式

• 啟動(dòng)：通過特定的啟動(dòng)波形可觀察啟動(dòng)情況。
• 串聯(lián)連接：多個(gè) DCH01 的輸出可以串聯(lián)，以提供非標(biāo)準(zhǔn)電壓軌。例如，雙 5 - V 的 DCH01 可串聯(lián)提供 10 - V 電壓軌。
• 并聯(lián)連接：當(dāng)單個(gè) DCH01 的輸出功率不足時(shí)，可將多個(gè) DCH01 的輸出并聯(lián)。

3. 典型應(yīng)用示例

以輸入電壓為 5 V、輸出電壓為 5 V、輸出電流額定值為 200 mA 的設(shè)計(jì)為例，輸入電容應(yīng)選擇 2.2 - μF 的低 ESR 陶瓷電容，輸出電容應(yīng)選擇 4.7 - μF 的低 ESR 陶瓷電容。

五、電源供應(yīng)與布局建議

1. 電源供應(yīng)建議

DCH01 是開關(guān)電源，會(huì)對(duì)輸入電源產(chǎn)生高峰值電流需求。為避免電源在快速開關(guān)脈沖期間瞬間下降，應(yīng)使用接地和電源平面將電源連接到 DCH01 的輸入。若無(wú)法實(shí)現(xiàn)，應(yīng)采用星形連接方式，并盡量加寬走線。

2. 布局建議

• 精心設(shè)計(jì) PCB 布局，輸入和輸出電源及接地平面應(yīng)提供低阻抗路徑，輸出的正負(fù)電壓輸出應(yīng)通過寬走線傳導(dǎo)以減少損耗。
• 在輸入兩端盡可能靠近放置高質(zhì)量、低 ESR 的陶瓷電容器，可減少反射紋波并確保平穩(wěn)啟動(dòng)。
• 去耦電容器應(yīng)靠近各自引腳放置，以減少雜散電感影響，提高紋波性能，特別是輸入去耦電容器，它為電源驅(qū)動(dòng)電路的快速開關(guān)波形提供瞬態(tài)電流。

六、總結(jié)

DCH01 系列 DC/DC 轉(zhuǎn)換器模塊以其高隔離性能、標(biāo)準(zhǔn)封裝、寬輸出電壓范圍和高效能等特點(diǎn)，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中表現(xiàn)出色。在使用過程中，我們需要充分了解其各項(xiàng)參數(shù)和特性，合理選擇濾波器、進(jìn)行正確的連接和布局，以確保其性能的穩(wěn)定發(fā)揮。你在使用類似 DC/DC 轉(zhuǎn)換器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。