探索 DCH01 系列 1-W、3000-VDC 隔離非穩壓 DC/DC 轉換器模塊

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

文件下載：dch010512d.pdf

一、DCH01 系列產品概述

1. 主要特性

• 高隔離性能：具備 3-kVDC 隔離（操作），經過 1 秒測試，連續施加在隔離屏障上的電壓為 60 VDC / 42.5 VAC，且為 UL60950 認證產品。
• 標準封裝：采用行業標準的 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，還支持串聯操作以獲得更高輸出電壓，支持并聯操作以獲得更高輸出功率。
• 高效能：效率高達 78%。

2. 應用場景

DCH01 系列憑借其高性能和小尺寸的特點，適用于多種場景，如現場電源轉換、接地環路消除、數據采集、工業控制和儀器儀表以及測試設備等。

二、產品詳細參數

1. 產品對比

2. 引腳配置與功能

3. 規格參數

• 絕對最大額定值：5 - V 輸入型號的輸入電壓最大為 7 V，存儲溫度范圍為 –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，工作環境溫度范圍為 –40°C 至 85°C。
• 熱信息：結到環境的熱阻為 66°C/W，結到頂部的表征參數為 3°C/W，結到電路板的表征參數為 66°C/W。
• 電氣特性：在 (T{A}=25^{circ} C) 和 (V{1}=5 ~V) 條件下，不同型號的輸出電壓、負載調節、輸出紋波、輸入電流、效率等參數各有不同。

三、隔離特性解析

1. 隔離類型

• 操作或功能隔離：通過高壓測試定義，通常在變壓器構建中使用絕緣線作為主要隔離屏障。這種隔離的產品不能用于安全隔離系統。
• 基本或增強隔離：由電源初級和次級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. 連續電壓與隔離電壓

• 對于無特定安全機構認證（操作隔離）的設備，正常操作時施加在器件上的連續電壓應小于 42.4 (V_{RMS }) 或 60 VDC。
• TI 的 DCH01 系列 DC/DC 轉換器在生產時都經過 3.5 kVDC 持續 1 秒的測試，該測試電壓用于驗證隔離完整性，但不能依賴其進行安全隔離。

3. 重復高壓隔離測試注意事項

重復高壓隔離測試可能會降低 DCH01 的隔離能力。由于其采用環形漆包線隔離變壓器，且初級和次級繞組之間無額外絕緣，雖然器件能承受多次規定測試電壓，但隔離能力取決于線絕緣。因此，應嚴格限制高壓測試次數，若必須進行，需將電壓降低 20%，且每次測試持續時間限制為 1 秒。

四、應用與實現

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紋波或噪聲降低 30% 至 50%。DCH01 輸出的推薦最大容性負載為 100 μF（非陶瓷）。
• π 濾波器：若需要進一步降低紋波或噪聲水平，可使用 π 濾波器。它采用與穩壓器輸入或輸出端子串聯的鐵氧體磁珠電感器，能使紋波或噪聲至少降低 15 - 20 dB。

2. 啟動與連接方式

• 啟動：通過特定的啟動波形可觀察啟動情況。
• 串聯連接：多個 DCH01 的輸出可以串聯，以提供非標準電壓軌。例如，雙 5 - V 的 DCH01 可串聯提供 10 - V 電壓軌。
• 并聯連接：當單個 DCH01 的輸出功率不足時，可將多個 DCH01 的輸出并聯。

3. 典型應用示例

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 的設計為例，輸入電容應選擇 2.2 - μF 的低 ESR 陶瓷電容，輸出電容應選擇 4.7 - μF 的低 ESR 陶瓷電容。

五、電源供應與布局建議

1. 電源供應建議

DCH01 是開關電源，會對輸入電源產生高峰值電流需求。為避免電源在快速開關脈沖期間瞬間下降，應使用接地和電源平面將電源連接到 DCH01 的輸入。若無法實現，應采用星形連接方式，并盡量加寬走線。

2. 布局建議

• 精心設計 PCB 布局，輸入和輸出電源及接地平面應提供低阻抗路徑，輸出的正負電壓輸出應通過寬走線傳導以減少損耗。
• 在輸入兩端盡可能靠近放置高質量、低 ESR 的陶瓷電容器，可減少反射紋波并確保平穩啟動。
• 去耦電容器應靠近各自引腳放置，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，它為電源驅動電路的快速開關波形提供瞬態電流。

六、總結

DCH01 系列 DC/DC 轉換器模塊以其高隔離性能、標準封裝、寬輸出電壓范圍和高效能等特點，在眾多應用場景中表現出色。在使用過程中，我們需要充分了解其各項參數和特性，合理選擇濾波器、進行正確的連接和布局，以確保其性能的穩定發揮。你在使用類似 DC/DC 轉換器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。