探索 DCH01 系列 1-W、3000-VDC 隔离非稳压 DC/DC 转换器模块

在电子设计领域，DC/DC 转换器是不可或缺的组件，它能满足各种电源转换需求。今天，我们要深入探讨德州仪器（TI）的 DCH01 系列 DC/DC 转换器模块，包括 DCH010505D、DCH010505S、DCH010512D 等型号。

文件下载：dch010512d.pdf

一、DCH01 系列产品概述

1. 主要特性

• 高隔离性能：具备 3-kVDC 隔离（操作），经过 1 秒测试，连续施加在隔离屏障上的电压为 60 VDC / 42.5 VAC，且为 UL60950 认证产品。
• 标准封装：采用行业标准的 JEDEC 7 引脚 SIP 封装，尺寸为 19.50 mm × 10.00 mm，所需外部组件极少，可有效节省电路板空间。
• 宽输出电压范围：输入电压为 5 V ±10%，输出电压有 ±5 V、±12 V 或 ±15 V 可选，还支持串联操作以获得更高输出电压，支持并联操作以获得更高输出功率。
• 高效能：效率高达 78%。

2. 应用场景

DCH01 系列凭借其高性能和小尺寸的特点，适用于多种场景，如现场电源转换、接地环路消除、数据采集、工业控制和仪器仪表以及测试设备等。

二、产品详细参数

1. 产品对比

MODEL	INPUT VOLTAGE (V)	OUTPUT VOLTAGE (V)	OUTPUT CURRENT (mA)	OUTPUT POWER (W)	ISOLATION VOLTAGE (kVDC)	PACKAGE - LEAD
DCH010505S	5 ± 10%	5	200	1	3	SIP - 7
DCH010512S	5 ± 10%	12	83	1	3	SIP - 7
DCH010515S	5 ± 10%	15	67	1	3	SIP - 7
DCH010505D	5 ± 10%	±5	±100	1	3	SIP - 7
DCH010512D	5 ± 10%	±12	±42	1	3	SIP - 7
DCH010515D	5 ± 10%	±15	±33	1	3	SIP - 7

2. 引脚配置与功能

PIN	NAME	EDJ (SINGLE)	EDJ (DUAL)	I/O	DESCRIPTION
	–V I	2	2	I	输入侧公共端
	+V I	1	1	I	电压输入
	–V O	5	5	O	–电压输出
	+V O	7	7	O	+电压输出
	COM	-	6	-	输出侧公共端

3. 规格参数

• 绝对最大额定值：5 - V 输入型号的输入电压最大为 7 V，存储温度范围为 –55°C 至 125°C。
• ESD 额定值：人体模型（HBM）为 ±2000 V，带电设备模型（CDM）为 ±250 V。
• 推荐工作条件：输入电压范围为 4.5 V 至 5.5 V，工作环境温度范围为 –40°C 至 85°C。
• 热信息：结到环境的热阻为 66°C/W，结到顶部的表征参数为 3°C/W，结到电路板的表征参数为 66°C/W。
• 电气特性：在 (T{A}=25^{circ} C) 和 (V{1}=5 ~V) 条件下，不同型号的输出电压、负载调节、输出纹波、输入电流、效率等参数各有不同。

三、隔离特性解析

1. 隔离类型

• 操作或功能隔离：通过高压测试定义，通常在变压器构建中使用绝缘线作为主要隔离屏障。这种隔离的产品不能用于安全隔离系统。
• 基本或增强隔离：由电源初级和次级电路之间指定的爬电距离和电气间隙限制定义，除绝缘线外，输入和输出电路还需物理分隔指定距离。

2. 连续电压与隔离电压

• 对于无特定安全机构认证（操作隔离）的设备，正常操作时施加在器件上的连续电压应小于 42.4 (V_{RMS }) 或 60 VDC。
• TI 的 DCH01 系列 DC/DC 转换器在生产时都经过 3.5 kVDC 持续 1 秒的测试，该测试电压用于验证隔离完整性，但不能依赖其进行安全隔离。

3. 重复高压隔离测试注意事项

重复高压隔离测试可能会降低 DCH01 的隔离能力。由于其采用环形漆包线隔离变压器，且初级和次级绕组之间无额外绝缘，虽然器件能承受多次规定测试电压，但隔离能力取决于线绝缘。因此，应严格限制高压测试次数，若必须进行，需将电压降低 20%，且每次测试持续时间限制为 1 秒。

四、应用与实现

1. 可选输入和输出滤波器

• 输入和输出电容器：添加 4.7 - µF 或更大的陶瓷电容器可有效降低输出纹波和噪声，靠近输出电源端子放置可使输出纹波或噪声降低 10% 至 30%；在输入电源引脚附近添加 4.7 - µF 陶瓷电容器可使反射传导纹波或噪声降低 30% 至 50%。DCH01 输出的推荐最大容性负载为 100 µF（非陶瓷）。
• π 滤波器：若需要进一步降低纹波或噪声水平，可使用 π 滤波器。它采用与稳压器输入或输出端子串联的铁氧体磁珠电感器，能使纹波或噪声至少降低 15 - 20 dB。

2. 启动与连接方式

• 启动：通过特定的启动波形可观察启动情况。
• 串联连接：多个 DCH01 的输出可以串联，以提供非标准电压轨。例如，双 5 - V 的 DCH01 可串联提供 10 - V 电压轨。
• 并联连接：当单个 DCH01 的输出功率不足时，可将多个 DCH01 的输出并联。

3. 典型应用示例

以输入电压为 5 V、输出电压为 5 V、输出电流额定值为 200 mA 的设计为例，输入电容应选择 2.2 - µF 的低 ESR 陶瓷电容，输出电容应选择 4.7 - µF 的低 ESR 陶瓷电容。

五、电源供应与布局建议

1. 电源供应建议

DCH01 是开关电源，会对输入电源产生高峰值电流需求。为避免电源在快速开关脉冲期间瞬间下降，应使用接地和电源平面将电源连接到 DCH01 的输入。若无法实现，应采用星形连接方式，并尽量加宽走线。

2. 布局建议

• 精心设计 PCB 布局，输入和输出电源及接地平面应提供低阻抗路径，输出的正负电压输出应通过宽走线传导以减少损耗。
• 在输入两端尽可能靠近放置高质量、低 ESR 的陶瓷电容器，可减少反射纹波并确保平稳启动。
• 去耦电容器应靠近各自引脚放置，以减少杂散电感影响，提高纹波性能，特别是输入去耦电容器，它为电源驱动电路的快速开关波形提供瞬态电流。

六、总结

DCH01 系列 DC/DC 转换器模块以其高隔离性能、标准封装、宽输出电压范围和高效能等特点，在众多应用场景中表现出色。在使用过程中，我们需要充分了解其各项参数和特性，合理选择滤波器、进行正确的连接和布局，以确保其性能的稳定发挥。你在使用类似 DC/DC 转换器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。