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)計領(lǐng)域，DC/DC轉(zhuǎn)換器是實現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換和隔離的關(guān)鍵組件。今天，我們來深入了解一下德州儀器（TI）的DCH01系列1-W、3000-VDC隔離非穩(wěn)壓DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊，看看它有哪些獨(dú)特之處和應(yīng)用場景。

文件下載：dch010515s.pdf

一、產(chǎn)品概述

DCH01系列包括DCH010505、DCH010512和DCH010515等型號，是一系列微型、1-W、3-kV隔離的DC/DC轉(zhuǎn)換器。它們采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的7引腳單列直插式封裝（SIP），所需外部組件極少，能夠有效節(jié)省電路板空間。該系列提供單輸出和雙分裂電源輸出兩種類型，高度集成的封裝設(shè)計使其具有高功率密度和高可靠性，非常適合信號鏈應(yīng)用和消除接地環(huán)路等多種場景。

二、產(chǎn)品特性

1. 隔離特性

• 3-kVDC隔離：該系列產(chǎn)品經(jīng)過1秒的3.5 kVDC生產(chǎn)測試，具備對瞬態(tài)電壓的操作隔離能力。不過，需要注意的是，此隔離測試電壓僅代表操作隔離，不能用于安全隔離。在正常運(yùn)行時，DCH01兩端可施加的連續(xù)電壓必須小于60 VDC（在安全特低電壓SELV限制范圍內(nèi)）。
• UL認(rèn)證：產(chǎn)品通過了UL60950認(rèn)證，符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)。

2. 電壓規(guī)格

• 輸入電壓：5 V ±10%，能夠適應(yīng)一定范圍內(nèi)的電壓波動。
• 輸出電壓：提供±5 V、±12 V或±15 V多種選擇，還支持串聯(lián)操作以獲得更高的輸出電壓，也支持并聯(lián)操作以提高輸出功率。

3. 效率與性能

• 高效率：最高可達(dá)78%的效率，有助于降低功耗，提高能源利用效率。
• 支持多種應(yīng)用：高性能和小尺寸的特點(diǎn)使DCH01適用于廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，如現(xiàn)場電源轉(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試設(shè)備等。

三、產(chǎn)品規(guī)格

1. 絕對最大額定值

• 輸入電壓（5-V輸入型號）：最大為7 V。
• 存儲溫度：-55°C至125°C。

2. ESD額定值

• 人體模型（HBM）：±2000 V。
• 充電設(shè)備模型（CDM）：±250 V。

3. 推薦工作條件

• 輸入電壓：4.5 V至5.5 V。
• 工作環(huán)境溫度：-40°C至85°C。

4. 熱信息

• 結(jié)到環(huán)境熱阻：66°C/W。
• 結(jié)到頂部特征參數(shù)：3°C/W。
• 結(jié)到板特征參數(shù)：66°C/W。

5. 電氣特性

• 輸出電壓：在不同型號和負(fù)載條件下有相應(yīng)的標(biāo)稱值，如DCH010505S在100%負(fù)載時輸出電壓為5.1 V。
• 負(fù)載調(diào)節(jié)：不同型號在10%至100%負(fù)載變化時，負(fù)載調(diào)節(jié)率有所不同，一般在3% - 10%之間。
• 輸出紋波：在100%負(fù)載時，輸出紋波一般在10 - 35 mV PP之間。
• 輸入電流：無負(fù)載時，不同型號的輸入電流在22 - 60 mA之間。
• 效率：在100%負(fù)載時，效率一般在72% - 76%之間。

四、引腳配置與功能

五、應(yīng)用與實現(xiàn)

1. 可選輸入和輸出濾波器

• 陶瓷電容：在輸出功率端子附近添加4.7-μF或更大值的陶瓷電容，可有效降低輸出紋波或噪聲。單個4.7-μF陶瓷電容可使輸出紋波或噪聲降低10% - 30%；在輸入電源引腳附近添加4.7-μF陶瓷電容，可使反射傳導(dǎo)紋波或噪聲降低30% - 50%。DCH01輸出端推薦的最大電容負(fù)載為100 μF（非陶瓷）。
• π濾波器：如果需要進(jìn)一步降低紋波或噪聲水平，可使用π（pi）濾波器。在穩(wěn)壓器的輸入或輸出端子串聯(lián)鐵氧體磁珠電感，可使紋波或噪聲至少降低15 - 20 dB。鐵氧體磁珠電感與陶瓷電容配合使用，能在開關(guān)頻率處實現(xiàn)良好的抑制效果。濾波器應(yīng)盡可能靠近輸入或輸出引腳放置，以確保其有效性。

2. 啟動

啟動波形可參考文檔中的相關(guān)圖示，了解其啟動過程中的電壓和電流變化情況。

3. 串聯(lián)連接

可以將多個DCH01的輸出串聯(lián)，以提供非標(biāo)準(zhǔn)電壓軌。例如，雙輸出DCH01版本的輸出串聯(lián)可提供2倍的輸出電壓幅值，如雙5-V的DCH01串聯(lián)可提供10-V的電壓軌。

4. 并聯(lián)連接

當(dāng)單個DCH01的輸出功率不足時，可將多個DCH01的輸出并聯(lián)，以提高輸出功率。

5. 典型應(yīng)用

以輸入電壓5 V、輸出電壓5 V、輸出電流200 mA的設(shè)計為例：

• 輸入電容：選擇2.2-μF、低等效串聯(lián)電阻（ESR）的陶瓷輸入電容，以確保良好的啟動性能。
• 輸出電容：選擇4.7-μF、低ESR的陶瓷輸出電容，以降低輸出紋波。

六、電源供應(yīng)建議

DCH01是開關(guān)電源，會在輸入電源上產(chǎn)生高峰值電流需求。為避免在快速開關(guān)脈沖期間電源瞬間下降，建議使用接地和電源平面將電源連接到DCH01的輸入。如果無法實現(xiàn)這種連接，則應(yīng)采用星形連接方式，并盡量加寬走線。

七、布局建議

1. 布局準(zhǔn)則

• 電源和接地平面：輸入和輸出電源及接地平面可為輸入和輸出電源提供低阻抗路徑。輸出端的正負(fù)電壓輸出應(yīng)通過寬走線傳導(dǎo)，以減少損耗。
• 陶瓷電容：在輸入兩端盡可能靠近放置高質(zhì)量、低ESR的陶瓷電容，可減少反射紋波，確保平穩(wěn)啟動。
• 去耦電容位置：去耦電容應(yīng)靠近各自的引腳放置，以減少雜散電感的影響，提高紋波性能。特別是輸入去耦電容，它為電源驅(qū)動電路的快速開關(guān)波形提供瞬態(tài)電流，其位置尤為重要。

2. 布局示例

文檔中提供了DCH01單輸出布局的組件側(cè)視圖和非組件側(cè)視圖，可作為實際設(shè)計的參考。

八、設(shè)備與文檔支持

1. 相關(guān)鏈接

文檔提供了各型號產(chǎn)品的快速訪問鏈接，包括技術(shù)文檔、支持和社區(qū)資源、工具和軟件以及樣品或購買等方面的鏈接。

2. 文檔更新通知

可在ti.com上導(dǎo)航到設(shè)備產(chǎn)品文件夾，點(diǎn)擊右上角的“Alert me”進(jìn)行注冊，以接收產(chǎn)品信息變更的每周摘要。變更細(xì)節(jié)可在修訂文檔的修訂歷史中查看。

3. 支持資源

TI E2E?支持論壇是工程師獲取快速、經(jīng)過驗證的答案和設(shè)計幫助的重要來源，可在論壇上搜索現(xiàn)有答案或提出自己的問題。

4. 靜電放電注意事項

這些設(shè)備的內(nèi)置靜電放電（ESD）保護(hù)有限。在存儲或處理時，應(yīng)將引腳短接在一起或?qū)⒃O(shè)備放置在導(dǎo)電泡沫中，以防止MOS柵極受到靜電損壞。

九、總結(jié)

DCH01系列DC/DC轉(zhuǎn)換器以其高隔離、多種輸出電壓選擇、高效率和小尺寸等優(yōu)點(diǎn)，為電子工程師在電源設(shè)計方面提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的設(shè)計需求，合理選擇輸入和輸出濾波器、電容等組件，并注意布局和電源供應(yīng)等方面的問題，以確保產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性。大家在使用過程中遇到過哪些問題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗?zāi)?？歡迎在評論區(qū)分享交流。