1W超薄隔離型DC/DC模塊及其應(yīng)用

為提高通信設(shè)備或裝置在信號(hào)傳輸中的抗干擾能力，提高通信的可靠性及滿足一些儀表、儀器在復(fù)雜環(huán)境中的測(cè)量精度、提高測(cè)量的可靠性，往往在其部分電路或器件上采用了輸出穩(wěn)壓的隔離型電源模塊供電。這樣不僅提高了電源的輸出電壓精度、減少紋波噪聲電壓；并且，由于采用了不共地的隔離電源，可以有效地抑制電磁干擾，消除接地環(huán)路的干擾，保護(hù)系統(tǒng)電路免受外部網(wǎng)絡(luò)的影響。在便攜式儀器、儀表及通信裝置中，采用超薄隔離型DC/DC模塊，不僅占PCB面積小，并且可靠性高，是最佳的選擇。

2008年，廣州金升陽公司在DC/DC模塊上有新的突破，開發(fā)出1W超薄隔離型DC/DC模塊系列。該系列為定壓輸入，有非穩(wěn)壓輸出及穩(wěn)壓輸出兩類。本文介紹該系列中定壓輸入、穩(wěn)壓輸出的1W超薄隔離型DC/DC模塊，其型號(hào)為IF0505RN/RT-1W。型號(hào)中前一個(gè)05的意思是輸入電壓，后一個(gè)05的意思是輸出電壓。

DC/DC電源模塊IF0505RN/RT-1W
IF0505RN/RT-1W是一種額定功率為1W、定壓5V輸入、單路5V穩(wěn)壓輸出、隔離電壓為3000VDC的DC/DC電源模塊。型號(hào)中有RN的為DIP封裝，有RT的是貼片或SMD封裝。
該模塊的主要特點(diǎn)：
● 模塊體積小，厚度超薄，僅4.5mm；
● 輸出電壓精度高，可達(dá)±3%；
● 隔離電壓高達(dá)3000V，并且隔離電容小，僅為25pF；
● 無須外部元器件；
● 具有輸出短路保護(hù)，短路排除后能自動(dòng)恢復(fù)；
● 輸出紋波電壓低，為傳統(tǒng)的50%，其典型值為10mVp-p；
● 溫度穩(wěn)定性高，溫漂最大值為  0.03%/℃；
● 有DIP及SMD兩種封裝；
● 工作溫度范圍為工業(yè)級(jí)，-40～+85℃；
● 符合RoHS指令要求。
為提高輸出電壓精度及減小輸出紋波、噪聲電壓，模塊內(nèi)還增加了一個(gè)低壓差線穩(wěn)壓器（LDO），使性能進(jìn)一步提高，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 IF0505RN/RT-1W結(jié)構(gòu)框圖

在尺寸為19.5mm×6.6mm×  4.5mm的封裝內(nèi)安裝了隔離型DC/DC轉(zhuǎn)換器及低壓差線性穩(wěn)壓器，其技術(shù)難度是相當(dāng)大的。由于模塊中增加了LDO，效率稍低，典型值為70%。
　　
模塊引腳及主要參數(shù)
此種封裝的引腳排列如圖2所示。1、2引腳為輸入端：1-Vin、2-GND；5、6引腳為輸出端：5-0V、6-V0；7、8、14為空腳。

圖2 IF0505RN/RT-1W引腳排列

該模塊的主要參數(shù)（TA=25℃）：輸入電壓為5V定壓，并要求±5%的穩(wěn)壓精度；輸出電壓是穩(wěn)壓的，精度為±3%；輸出不能空載，最小輸出電流為20mA；最大輸出電流為200mA；效率典型值為70%；輸入與輸出間的絕緣強(qiáng)度最小值為3000VDC；隔離電容典型值為25pf；輸出電壓溫漂為0.03%/℃；輸出紋波電壓典型值為10mVp-p,輸出噪聲電壓典型值為50mVp-p。

圖3 模塊工作溫度特性

該模塊工作溫度范圍為-40～  +85℃，相對(duì)溫度小于95%RH；工作時(shí)內(nèi)部電路溫升小，自然空冷，無須另加散熱裝置。在環(huán)境溫度超過71℃時(shí)要降額使用，如圖3所示。例如，在85℃條件下工作時(shí)，最大輸出功率僅為0.6W，即最大輸出電流為120mA。平均無故障時(shí)間為350萬小時(shí)以上，重量為1.4g。
　　
典型應(yīng)用電路
該模塊適用于輸出電壓精度高、輸出紋波、噪聲電壓低，并要求輸入、輸出隔離的場合。例如，一些高精度儀器、儀表中一些輸出靈敏度較低的傳感器及運(yùn)算放大器電路，一些精度高的ADC或DAC電路，需要采用輸出穩(wěn)壓的隔離型DC/DC模塊電源供電。一些串行通信電路為提高抗干擾能力、提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃砸残璨捎酶綦x型DC/DC模塊電源。這里舉一些典型應(yīng)用電路。

[!--empirenews.page--]
1 RS-485收發(fā)電路
圖4中，VTS是瞬態(tài)電壓抑制器作過壓保護(hù)，74HC04是高速6反相器，這里用做驅(qū)動(dòng)器，PC410/417及PC357T是光電耦合器，起信號(hào)隔離作用，MAX481～487是低功耗RS-485收發(fā)器。

老電耦合器輸出電路部分及RS-485收發(fā)器采用隔離型DC/DC模塊供電。采用光電隔離及隔離型DC/DC模塊可有效地抑制電磁干擾和消除接地環(huán)路的干擾，提高通信的可靠性。

圖4 RS-485收發(fā)電路圖

由于MAX481是低功耗器件，3個(gè)光電耦合器耗電也不大，為了使隔離型DC/DC模塊的輸出電流大于20mA，在輸出端加了電阻RZ，以保證DC/DC模塊工作的可靠性。C1是去耦合電容，C2是進(jìn)一步減小輸出紋波電壓，C1、C2用MLCC。

圖5 RS-232多路收發(fā)器電路

2 RS-232多路收發(fā)器電路
圖5是隔離型多路RS-232收發(fā)器電路。圖5中，光電耦合器10*PC417及多路RS-232收發(fā)器MAX225的電源由隔離型DC/DC模塊供電，起到良好的隔離作用。

圖6 CAN總線串行通信接口電路

[!--empirenews.page--]
3 CAN總線串行通信接口電路
圖6中，89C51是單片機(jī)，SJA1000是獨(dú)立CAN控制器，6N137是高速光電耦合器，82C250是CAN控制器接口。為了增強(qiáng)CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，SJA1000的TDX和RXD端并不直接與82C250的相應(yīng)端連接，而是通過光電耦合器6N137隔離后再與82C250的相應(yīng)端連接，這樣可以良好地實(shí)現(xiàn)總線上各CAN節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離。為此，6N137的Vcc與VDC必須完全隔離，否則采用光電耦合器就失去作用。這里可以采用隔離型DC/DC模塊作為隔離電源。該電源還向82C250供電。

4 單電源A/D轉(zhuǎn)換器電路
圖7是8031單片機(jī)和ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器接口電路。為滿足ADC0809對(duì)電源的精度及紋波、噪聲電壓的要求，這里采用了輸出穩(wěn)壓的隔離型DC/DC模塊（IF0505RN/RT-1W），由于采用了隔離電源供電，有效地抑制電磁干擾和消除接地環(huán)路的影響，提高了ADC電路的可靠性。這種電路同樣適用于位數(shù)更高的ADC電路。

圖7單電源A/D轉(zhuǎn)換器電路

圖7中的電路僅僅使用了隔離電源，單片機(jī)與ADC的信號(hào)并未隔離。另一種采用光電隔離的方式是隔離數(shù)字信號(hào)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖8所示。采用高速光電耦合器對(duì)模擬信號(hào)同路的精度無影響，采用這種隔離方案時(shí)，運(yùn)算放大器及ADC等需采用隔離電源供電?！?/p>

圖8 采用光電隔離的A/D轉(zhuǎn)換器電路

由于模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)不共地，對(duì)抑制數(shù)字噪聲的影響是極為有效的。
應(yīng)用隔離型DC/DC模塊來抑制干擾的例子還很多，有的輸出電壓要求12V或15V，有的要求輸出雙電源（正負(fù)電源），這里就不一一介紹了。

結(jié)語
精密測(cè)量電路或通信電路中的許多不穩(wěn)定問題的主要原因是受到高頻干擾。干擾源可來自自身系統(tǒng)電路（如開關(guān)電源）或外部的電場、磁場或電磁場的干擾。在系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)中要考慮如何消除這些干擾對(duì)系統(tǒng)電路的影響。這涉及到電路的設(shè)計(jì)、元器件的選擇，特別是濾波電路、去耦合電路的設(shè)計(jì)；另外，印制板上的元器件布值、布線及接地的考慮都十分重要。

合理的布線和接地能有效地抑制噪聲干擾，但在混合電路中，由于模擬信號(hào)地和數(shù)字信號(hào)地依然存在共地點(diǎn)，要想徹底抑制數(shù)字噪聲對(duì)模擬電路的影響是困難的。不過，采用隔離型DC/DC模塊將模擬地與數(shù)字地完全隔離，這是消除數(shù)字噪聲有效的措施。

還必須指出，在一些普通數(shù)字電路、直流信號(hào)或低頻信號(hào)放大電路、RS232/485及CAN總線電路等對(duì)電源精度要求不高的場合，可以選擇非穩(wěn)壓輸出隔離型DC/DC模塊（如采用定壓輸入，非穩(wěn)壓輸出的DC/DC模塊，型號(hào)為F0505RN/RT-1W），它可以降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。