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轉換器是實現電源轉換和隔離的關鍵組件。今天，我們來深入了解一下德州儀器（TI）的DCH01系列1-W、3000-VDC隔離非穩壓DC/DC轉換器模塊，看看它有哪些獨特之處和應用場景。

文件下載：dch010515s.pdf

一、產品概述

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轉換器。它們采用行業標準的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，高度集成的封裝設計使其具有高功率密度和高可靠性，非常適合信號鏈應用和消除接地環路等多種場景。

二、產品特性

1. 隔離特性

• 3-kVDC隔離：該系列產品經過1秒的3.5 kVDC生產測試，具備對瞬態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。在正常運行時，DCH01兩端可施加的連續電壓必須小于60 VDC（在安全特低電壓SELV限制范圍內）。
• UL認證：產品通過了UL60950認證，符合相關安全標準。

2. 電壓規格

• 輸入電壓：5 V ±10%，能夠適應一定范圍內的電壓波動。
• 輸出電壓：提供±5 V、±12 V或±15 V多種選擇，還支持串聯操作以獲得更高的輸出電壓，也支持并聯操作以提高輸出功率。

3. 效率與性能

• 高效率：最高可達78%的效率，有助于降低功耗，提高能源利用效率。
• 支持多種應用：高性能和小尺寸的特點使DCH01適用于廣泛的應用領域，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。

三、產品規格

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。
• 工作環境溫度：-40°C至85°C。

4. 熱信息

• 結到環境熱阻：66°C/W。
• 結到頂部特征參數：3°C/W。
• 結到板特征參數：66°C/W。

5. 電氣特性

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

四、引腳配置與功能

五、應用與實現

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，可使反射傳導紋波或噪聲降低30% - 50%。DCH01輸出端推薦的最大電容負載為100 μF（非陶瓷）。
• π濾波器：如果需要進一步降低紋波或噪聲水平，可使用π（pi）濾波器。在穩壓器的輸入或輸出端子串聯鐵氧體磁珠電感，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，能在開關頻率處實現良好的抑制效果。濾波器應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圖示，了解其啟動過程中的電壓和電流變化情況。

3. 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，雙輸出DCH01版本的輸出串聯可提供2倍的輸出電壓幅值，如雙5-V的DCH01串聯可提供10-V的電壓軌。

4. 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，以提高輸出功率。

5. 典型應用

以輸入電壓5 V、輸出電壓5 V、輸出電流200 mA的設計為例：

• 輸入電容：選擇2.2-μF、低等效串聯電阻（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、電源供應建議

DCH01是開關電源，會在輸入電源上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。

七、布局建議

1. 布局準則

• 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。輸出端的正負電壓輸出應通過寬走線傳導，以減少損耗。
• 陶瓷電容：在輸入兩端盡可能靠近放置高質量、低ESR的陶瓷電容，可減少反射紋波，確保平穩啟動。
• 去耦電容位置：去耦電容應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，它為電源驅動電路的快速開關波形提供瞬態電流，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視圖和非組件側視圖，可作為實際設計的參考。

八、設備與文檔支持

1. 相關鏈接

文檔提供了各型號產品的快速訪問鏈接，包括技術文檔、支持和社區資源、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上導航到設備產品文件夾，點擊右上角的“Alert me”進行注冊，以接收產品信息變更的每周摘要。變更細節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、經過驗證的答案和設計幫助的重要來源，可在論壇上搜索現有答案或提出自己的問題。

4. 靜電放電注意事項

這些設備的內置靜電放電（ESD）保護有限。在存儲或處理時，應將引腳短接在一起或將設備放置在導電泡沫中，以防止MOS柵極受到靜電損壞。

九、總結

DCH01系列DC/DC轉換器以其高隔離、多種輸出電壓選擇、高效率和小尺寸等優點，為電子工程師在電源設計方面提供了一個優秀的解決方案。在實際應用中，我們需要根據具體的設計需求，合理選擇輸入和輸出濾波器、電容等組件，并注意布局和電源供應等方面的問題，以確保產品的性能和穩定性。大家在使用過程中遇到過哪些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。