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转换器是实现电源转换和隔离的关键组件。今天，我们来深入了解一下德州仪器（TI）的DCH01系列1-W、3000-VDC隔离非稳压DC/DC转换器模块，看看它有哪些独特之处和应用场景。

文件下载：dch010515s.pdf

一、产品概述

DCH01系列包括DCH010505、DCH010512和DCH010515等型号，是一系列微型、1-W、3-kV隔离的DC/DC转换器。它们采用行业标准的7引脚单列直插式封装（SIP），所需外部组件极少，能够有效节省电路板空间。该系列提供单输出和双分裂电源输出两种类型，高度集成的封装设计使其具有高功率密度和高可靠性，非常适合信号链应用和消除接地环路等多种场景。

二、产品特性

1. 隔离特性

• 3-kVDC隔离：该系列产品经过1秒的3.5 kVDC生产测试，具备对瞬态电压的操作隔离能力。不过，需要注意的是，此隔离测试电压仅代表操作隔离，不能用于安全隔离。在正常运行时，DCH01两端可施加的连续电压必须小于60 VDC（在安全特低电压SELV限制范围内）。
• UL认证：产品通过了UL60950认证，符合相关安全标准。

2. 电压规格

• 输入电压：5 V ±10%，能够适应一定范围内的电压波动。
• 输出电压：提供±5 V、±12 V或±15 V多种选择，还支持串联操作以获得更高的输出电压，也支持并联操作以提高输出功率。

3. 效率与性能

• 高效率：最高可达78%的效率，有助于降低功耗，提高能源利用效率。
• 支持多种应用：高性能和小尺寸的特点使DCH01适用于广泛的应用领域，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。

三、产品规格

1. 绝对最大额定值

• 输入电压（5-V输入型号）：最大为7 V。
• 存储温度：-55°C至125°C。

2. ESD额定值

• 人体模型（HBM）：±2000 V。
• 充电设备模型（CDM）：±250 V。

3. 推荐工作条件

• 输入电压：4.5 V至5.5 V。
• 工作环境温度：-40°C至85°C。

4. 热信息

• 结到环境热阻：66°C/W。
• 结到顶部特征参数：3°C/W。
• 结到板特征参数：66°C/W。

5. 电气特性

• 输出电压：在不同型号和负载条件下有相应的标称值，如DCH010505S在100%负载时输出电压为5.1 V。
• 负载调节：不同型号在10%至100%负载变化时，负载调节率有所不同，一般在3% - 10%之间。
• 输出纹波：在100%负载时，输出纹波一般在10 - 35 mV PP之间。
• 输入电流：无负载时，不同型号的输入电流在22 - 60 mA之间。
• 效率：在100%负载时，效率一般在72% - 76%之间。

四、引脚配置与功能

DCH01系列采用EDJ封装的7引脚SIP，分为单输出和双输出两种类型。各引脚功能如下：	PIN	NAME	EDJ (SINGLE)	EDJ (DUAL)	I/O	DESCRIPTION
1	+V I	输入电压	输入电压	I	电压输入
2	–V I	输入侧公共端	输入侧公共端	I	输入侧公共
5	–V O	-电压输出	-电压输出	O	–电压出
7	+V O	+电压输出	+电压输出	O	+电压出
6	COM	-	输出侧公共端	-	输出侧公共

五、应用与实现

1. 可选输入和输出滤波器

• 陶瓷电容：在输出功率端子附近添加4.7-µF或更大值的陶瓷电容，可有效降低输出纹波或噪声。单个4.7-µF陶瓷电容可使输出纹波或噪声降低10% - 30%；在输入电源引脚附近添加4.7-µF陶瓷电容，可使反射传导纹波或噪声降低30% - 50%。DCH01输出端推荐的最大电容负载为100 µF（非陶瓷）。
• π滤波器：如果需要进一步降低纹波或噪声水平，可使用π（pi）滤波器。在稳压器的输入或输出端子串联铁氧体磁珠电感，可使纹波或噪声至少降低15 - 20 dB。铁氧体磁珠电感与陶瓷电容配合使用，能在开关频率处实现良好的抑制效果。滤波器应尽可能靠近输入或输出引脚放置，以确保其有效性。

2. 启动

启动波形可参考文档中的相关图示，了解其启动过程中的电压和电流变化情况。

3. 串联连接

可以将多个DCH01的输出串联，以提供非标准电压轨。例如，双输出DCH01版本的输出串联可提供2倍的输出电压幅值，如双5-V的DCH01串联可提供10-V的电压轨。

4. 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，以提高输出功率。

5. 典型应用

以输入电压5 V、输出电压5 V、输出电流200 mA的设计为例：

• 输入电容：选择2.2-µF、低等效串联电阻（ESR）的陶瓷输入电容，以确保良好的启动性能。
• 输出电容：选择4.7-µF、低ESR的陶瓷输出电容，以降低输出纹波。

六、电源供应建议

DCH01是开关电源，会在输入电源上产生高峰值电流需求。为避免在快速开关脉冲期间电源瞬间下降，建议使用接地和电源平面将电源连接到DCH01的输入。如果无法实现这种连接，则应采用星形连接方式，并尽量加宽走线。

七、布局建议

1. 布局准则

• 电源和接地平面：输入和输出电源及接地平面可为输入和输出电源提供低阻抗路径。输出端的正负电压输出应通过宽走线传导，以减少损耗。
• 陶瓷电容：在输入两端尽可能靠近放置高质量、低ESR的陶瓷电容，可减少反射纹波，确保平稳启动。
• 去耦电容位置：去耦电容应靠近各自的引脚放置，以减少杂散电感的影响，提高纹波性能。特别是输入去耦电容，它为电源驱动电路的快速开关波形提供瞬态电流，其位置尤为重要。

2. 布局示例

文档中提供了DCH01单输出布局的组件侧视图和非组件侧视图，可作为实际设计的参考。

八、设备与文档支持

1. 相关链接

文档提供了各型号产品的快速访问链接，包括技术文档、支持和社区资源、工具和软件以及样品或购买等方面的链接。

2. 文档更新通知

可在ti.com上导航到设备产品文件夹，点击右上角的“Alert me”进行注册，以接收产品信息变更的每周摘要。变更细节可在修订文档的修订历史中查看。

3. 支持资源

TI E2E™支持论坛是工程师获取快速、经过验证的答案和设计帮助的重要来源，可在论坛上搜索现有答案或提出自己的问题。

4. 静电放电注意事项

这些设备的内置静电放电（ESD）保护有限。在存储或处理时，应将引脚短接在一起或将设备放置在导电泡沫中，以防止MOS栅极受到静电损坏。

九、总结

DCH01系列DC/DC转换器以其高隔离、多种输出电压选择、高效率和小尺寸等优点，为电子工程师在电源设计方面提供了一个优秀的解决方案。在实际应用中，我们需要根据具体的设计需求，合理选择输入和输出滤波器、电容等组件，并注意布局和电源供应等方面的问题，以确保产品的性能和稳定性。大家在使用过程中遇到过哪些问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。