德州儀器DCH01系列DC/DC轉換器模塊的設計與應用

在電子工程師的日常設計工作中，DC/DC轉換器是不可或缺的重要組件。今天就來深入探討一下德州儀器（TI）的DCH01系列，這是一款1W、3000VDC隔離、非穩壓的DC/DC轉換器模塊，在眾多領域都有著廣泛的應用前景。

文件下載：dch010505s.pdf

一、產品概述

DCH01系列包含DCH010505、DCH010512和DCH010515等多個型號，采用行業標準的7引腳SIP封裝，具有3kVDC的隔離能力（經過1秒測試），連續施加在隔離屏障上的電壓為60VDC / 42.5VAC，并且是UL60950認證產品。其輸入電壓為5V ±10%，輸出電壓有±5V、±12V或±15V可選，還支持串聯和并聯操作，以實現更高的輸出電壓和功率。

產品特點

1. 高隔離性能：3kVDC的隔離能力，能有效保障電路安全，適用于對隔離要求較高的應用場景。
2. 小體積與高集成度：采用7引腳SIP封裝，所需外部組件極少，大大節省了電路板空間。
3. 多種輸出選擇：提供單輸出和雙分裂電源輸出，滿足不同的設計需求。
4. 高效節能：最高效率可達78%，有助于降低功耗。

應用領域

1. 現場電源轉換：為各種設備提供穩定的電源。
2. 接地環路消除：有效解決接地環路帶來的干擾問題。
3. 數據采集：確保數據采集過程中的信號穩定。
4. 工業控制和儀器儀表：為工業設備提供可靠的電源支持。
5. 測試設備：滿足測試設備對電源的高精度要求。

二、產品詳細參數

1. 設備對比表

2. 引腳配置與功能

3. 規格參數

• 絕對最大額定值：輸入電壓（5V輸入型號）最大為7V，存儲溫度范圍為–55°C至125°C。
• ESD額定值：人體模型（HBM）為±2000V，帶電設備模型（CDM）為±250V。
• 推薦工作條件：輸入電壓范圍為4.5V至5.5V，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，結到頂部和結到電路板的表征參數均為3°C/W。
• 電氣特性：在不同負載和溫度條件下，輸出電壓、負載調節、輸出紋波、輸入電流、效率等參數都有明確的規定。

三、應用與實現

1. 可選輸入和輸出濾波器

雖然DCH01電源模塊內部已包含輸入和輸出陶瓷電容器，但對于一些對紋波和噪聲要求較高的應用，還需要額外的濾波器。

• 輸入和輸出電容器：在輸出端添加4.7μF或更大的陶瓷電容器，可將輸出紋波或噪聲降低10%至30%；在輸入端附近添加4.7μF陶瓷電容器，可將反射傳導紋波或噪聲降低30%至50%。
• π濾波器：采用鐵氧體磁珠電感與調節器的輸入或輸出端子串聯的π濾波器，可將紋波或噪聲降低至少15 - 20dB。

2. 啟動

啟動波形可參考文檔中的相關圖示，確保在啟動過程中電源的穩定性。

3. 串聯和并聯連接

• 串聯連接：可以將多個DCH01的輸出串聯，以提供非標準電壓軌。例如，雙5V的DCH01可以連接提供10V的電壓軌。
• 并聯連接：當單個DCH01的輸出功率不足時，可以將多個DCH01的輸出并聯，以增加輸出功率。

4. 典型應用

以輸入電壓5V、輸出電壓5V、輸出電流200mA的設計為例，輸入電容器選擇2.2μF、低ESR的陶瓷電容器，輸出電容器選擇4.7μF、低ESR的陶瓷電容器，以確保良好的啟動性能和降低輸出紋波。

四、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。為避免在快速開關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。如果無法實現這種連接，則應采用星形連接方式，并盡量加寬走線。

五、布局設計

1. 布局指南

• 電源和接地平面：輸入和輸出電源及接地平面應為輸入和輸出電源提供低阻抗路徑。
• 電容器位置：高質量、低ESR的陶瓷電容器應盡可能靠近輸入放置，以減少反射紋波并確保平穩啟動。去耦電容器應靠近各自的引腳，以減少雜散電感的影響，提高紋波性能。

2. 布局示例

文檔中提供了DCH01單輸出布局的組件側和非組件側視圖，可作為實際設計的參考。

六、設備和文檔支持

1. 相關鏈接

提供了各型號產品的產品文件夾、樣品購買、文檔、技術工具與軟件以及支持與社區資源的快速訪問鏈接。

2. 文檔更新通知

可在ti.com上的設備產品文件夾中注冊，接收每周的產品信息更新摘要。

3. 支持資源

TI E2E?支持論壇是獲取快速、可靠答案和設計幫助的重要渠道。

4. 靜電放電注意事項

這些設備的內置ESD保護有限，在存儲或處理時應將引腳短接或放置在導電泡沫中，以防止MOS柵極受到靜電損壞。

七、總結

德州儀器的DCH01系列DC/DC轉換器模塊以其高隔離性能、小體積、多種輸出選擇和高效節能等特點，為電子工程師在設計中提供了一個可靠的電源解決方案。在實際應用中，我們需要根據具體的設計需求，合理選擇型號、配置濾波器、優化布局，并注意電源供應和靜電放電等問題。大家在使用過程中有沒有遇到過什么特殊的問題或者有什么獨特的應用經驗呢？歡迎在評論區分享交流。