1W超薄隔离型DC/DC模块及其应用
发布时间：2009-5-25 14:47
发布者：李宽
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为提高通信设备或装置在信号传输中的抗干扰能力，提高通信的可靠性及满足一些仪表、仪器在复杂环境中的测量精度、提高测量的可靠性，往往在其部分电路或器件上采用了输出稳压的隔离型电源模块供电。这样不仅提高了电源的输出电压精度、减少纹波噪声电压；并且，由于采用了不共地的隔离电源，可以有效地抑制电磁干扰，消除接地环路的干扰，保护系统电路免受外部网络的影响。在便携式仪器、仪表及通信装置中，采用超薄隔离型DC/DC模块，不仅占PCB面积小，并且可靠性高，是最佳的选择。 2008年，广州金升阳公司在DC/DC模块上有新的突破，开发出1W超薄隔离型DC/DC模块系列。该系列为定压输入，有非稳压输出及稳压输出两类。本文介绍该系列中定压输入、稳压输出的1W超薄隔离型DC/DC模块，其型号为IF0505RN/RT-1W。型号中前一个05的意思是输入电压，后一个05的意思是输出电压。 DC/DC电源模块IF0505RN/RT-1W IF0505RN/RT-1W是一种额定功率为1W、定压5V输入、单路5V稳压输出、隔离电压为3000VDC的DC/DC电源模块。型号中有RN的为DIP封装，有RT的是贴片或SMD封装。 该模块的主要特点： ● 模块体积小，厚度超薄，仅4.5mm； ● 输出电压精度高，可达±3%； ● 隔离电压高达3000V，并且隔离电容小，仅为25pF； ● 无须外部元器件； ● 具有输出短路保护，短路排除后能自动恢复； ● 输出纹波电压低，为传统的50%，其典型值为10mVp-p； ● 温度稳定性高，温漂最大值为 0.03%/℃； ● 有DIP及SMD两种封装； ● 工作温度范围为工业级，-40～+85℃； ● 符合RoHS指令要求。 为提高输出电压精度及减小输出纹波、噪声电压，模块内还增加了一个低压差线稳压器（LDO），使性能进一步提高，其结构框图如图1所示。  图1 IF0505RN/RT-1W结构框图 在尺寸为19.5mm×6.6mm× 4.5mm的封装内安装了隔离型DC/DC转换器及低压差线性稳压器，其技术难度是相当大的。由于模块中增加了LDO，效率稍低，典型值为70%。 模块引脚及主要参数 此种封装的引脚排列如图2所示。1、2引脚为输入端：1-Vin、2-GND；5、6引脚为输出端：5-0V、6-V0；7、8、14为空脚。  图2 IF0505RN/RT-1W引脚排列 该模块的主要参数（TA=25℃）：输入电压为5V定压，并要求±5%的稳压精度；输出电压是稳压的，精度为±3%；输出不能空载，最小输出电流为20mA；最大输出电流为200mA；效率典型值为70%；输入与输出间的绝缘强度最小值为3000VDC；隔离电容典型值为25pf；输出电压温漂为0.03%/℃；输出纹波电压典型值为10mVp-p,输出噪声电压典型值为50mVp-p。  图3 模块工作温度特性 该模块工作温度范围为-40～ +85℃，相对温度小于95%RH；工作时内部电路温升小，自然空冷，无须另加散热装置。在环境温度超过71℃时要降额使用，如图3所示。例如，在85℃条件下工作时，最大输出功率仅为0.6W，即最大输出电流为120mA。平均无故障时间为350万小时以上，重量为1.4g。 典型应用电路 该模块适用于输出电压精度高、输出纹波、噪声电压低，并要求输入、输出隔离的场合。例如，一些高精度仪器、仪表中一些输出灵敏度较低的传感器及运算放大器电路，一些精度高的ADC或DAC电路，需要采用输出稳压的隔离型DC/DC模块电源供电。一些串行通信电路为提高抗干扰能力、提高信号传输的可靠性也需采用隔离型DC/DC模块电源。这里举一些典型应用电路。 1 RS-485收发电路 图4中，VTS是瞬态电压抑制器作过压保护，74HC04是高速6反相器，这里用做驱动器，PC410/417及PC357T是光电耦合器，起信号隔离作用，MAX481～487是低功耗RS-485收发器。 老电耦合器输出电路部分及RS-485收发器采用隔离型DC/DC模块供电。采用光电隔离及隔离型DC/DC模块可有效地抑制电磁干扰和消除接地环路的干扰，提高通信的可靠性。  图4 RS-485收发电路图 由于MAX481是低功耗器件，3个光电耦合器耗电也不大，为了使隔离型DC/DC模块的输出电流大于20mA，在输出端加了电阻RZ，以保证DC/DC模块工作的可靠性。C1是去耦合电容，C2是进一步减小输出纹波电压，C1、C2用MLCC。  图5 RS-232多路收发器电路 2 RS-232多路收发器电路 图5是隔离型多路RS-232收发器电路。图5中，光电耦合器10*PC417及多路RS-232收发器MAX225的电源由隔离型DC/DC模块供电，起到良好的隔离作用。  图6 CAN总线串行通信接口电路 3 CAN总线串行通信接口电路 图6中，89C51是单片机，SJA1000是独立CAN控制器，6N137是高速光电耦合器，82C250是CAN控制器接口。为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，SJA1000的TDX和RXD端并不直接与82C250的相应端连接，而是通过光电耦合器6N137隔离后再与82C250的相应端连接，这样可以良好地实现总线上各CAN节点间的电气隔离。为此，6N137的Vcc与VDC必须完全隔离，否则采用光电耦合器就失去作用。这里可以采用隔离型DC/DC模块作为隔离电源。该电源还向82C250供电。 4 单电源A/D转换器电路 图7是8031单片机和ADC0809模数转换器接口电路。为满足ADC0809对电源的精度及纹波、噪声电压的要求，这里采用了输出稳压的隔离型DC/DC模块（IF0505RN/RT-1W），由于采用了隔离电源供电，有效地抑制电磁干扰和消除接地环路的影响，提高了ADC电路的可靠性。这种电路同样适用于位数更高的ADC电路。  图7单电源A/D转换器电路 图7中的电路仅仅使用了隔离电源，单片机与ADC的信号并未隔离。另一种采用光电隔离的方式是隔离数字信号，其结构框图如图8所示。采用高速光电耦合器对模拟信号同路的精度无影响，采用这种隔离方案时，运算放大器及ADC等需采用隔离电源供电。  图8 采用光电隔离的A/D转换器电路 由于模拟信号和数字信号不共地，对抑制数字噪声的影响是极为有效的。 应用隔离型DC/DC模块来抑制干扰的例子还很多，有的输出电压要求12V或15V，有的要求输出双电源（正负电源），这里就不一一介绍了。 结语 精密测量电路或通信电路中的许多不稳定问题的主要原因是受到高频干扰。干扰源可来自自身系统电路（如开关电源）或外部的电场、磁场或电磁场的干扰。在系统电路设计中要考虑如何消除这些干扰对系统电路的影响。这涉及到电路的设计、元器件的选择，特别是滤波电路、去耦合电路的设计；另外，印制板上的元器件布值、布线及接地的考虑都十分重要。 合理的布线和接地能有效地抑制噪声干扰，但在混合电路中，由于模拟信号地和数字信号地依然存在共地点，要想彻底抑制数字噪声对模拟电路的影响是困难的。不过，采用隔离型DC/DC模块将模拟地与数字地完全隔离，这是消除数字噪声有效的措施。 还必须指出，在一些普通数字电路、直流信号或低频信号放大电路、RS232/485及CAN总线电路等对电源精度要求不高的场合，可以选择非稳压输出隔离型DC/DC模块（如采用定压输入，非稳压输出的DC/DC模块，型号为F0505RN/RT-1W），它可以降低产品的生产成本。 |
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