德州儀器DCH01系列DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊的設(shè)計與應(yīng)用

在電子工程師的日常設(shè)計工作中，DC/DC轉(zhuǎn)換器是不可或缺的重要組件。今天就來深入探討一下德州儀器（TI）的DCH01系列，這是一款1W、3000VDC隔離、非穩(wěn)壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊，在眾多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。

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一、產(chǎn)品概述

DCH01系列包含DCH010505、DCH010512和DCH010515等多個型號，采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的7引腳SIP封裝，具有3kVDC的隔離能力（經(jīng)過1秒測試），連續(xù)施加在隔離屏障上的電壓為60VDC / 42.5VAC，并且是UL60950認(rèn)證產(chǎn)品。其輸入電壓為5V ±10%，輸出電壓有±5V、±12V或±15V可選，還支持串聯(lián)和并聯(lián)操作，以實現(xiàn)更高的輸出電壓和功率。

產(chǎn)品特點

1. 高隔離性能：3kVDC的隔離能力，能有效保障電路安全，適用于對隔離要求較高的應(yīng)用場景。
2. 小體積與高集成度：采用7引腳SIP封裝，所需外部組件極少，大大節(jié)省了電路板空間。
3. 多種輸出選擇：提供單輸出和雙分裂電源輸出，滿足不同的設(shè)計需求。
4. 高效節(jié)能：最高效率可達(dá)78%，有助于降低功耗。

應(yīng)用領(lǐng)域

1. 現(xiàn)場電源轉(zhuǎn)換：為各種設(shè)備提供穩(wěn)定的電源。
2. 接地環(huán)路消除：有效解決接地環(huán)路帶來的干擾問題。
3. 數(shù)據(jù)采集：確保數(shù)據(jù)采集過程中的信號穩(wěn)定。
4. 工業(yè)控制和儀器儀表：為工業(yè)設(shè)備提供可靠的電源支持。
5. 測試設(shè)備：滿足測試設(shè)備對電源的高精度要求。

二、產(chǎn)品詳細(xì)參數(shù)

1. 設(shè)備對比表

2. 引腳配置與功能

3. 規(guī)格參數(shù)

• 絕對最大額定值：輸入電壓（5V輸入型號）最大為7V，存儲溫度范圍為–55°C至125°C。
• ESD額定值：人體模型（HBM）為±2000V，帶電設(shè)備模型（CDM）為±250V。
• 推薦工作條件：輸入電壓范圍為4.5V至5.5V，工作環(huán)境溫度范圍為–40°C至85°C。
• 熱信息：結(jié)到環(huán)境的熱阻為66°C/W，結(jié)到頂部和結(jié)到電路板的表征參數(shù)均為3°C/W。
• 電氣特性：在不同負(fù)載和溫度條件下，輸出電壓、負(fù)載調(diào)節(jié)、輸出紋波、輸入電流、效率等參數(shù)都有明確的規(guī)定。

三、應(yīng)用與實現(xiàn)

1. 可選輸入和輸出濾波器

雖然DCH01電源模塊內(nèi)部已包含輸入和輸出陶瓷電容器，但對于一些對紋波和噪聲要求較高的應(yīng)用，還需要額外的濾波器。

• 輸入和輸出電容器：在輸出端添加4.7μF或更大的陶瓷電容器，可將輸出紋波或噪聲降低10%至30%；在輸入端附近添加4.7μF陶瓷電容器，可將反射傳導(dǎo)紋波或噪聲降低30%至50%。
• π濾波器：采用鐵氧體磁珠電感與調(diào)節(jié)器的輸入或輸出端子串聯(lián)的π濾波器，可將紋波或噪聲降低至少15 - 20dB。

2. 啟動

啟動波形可參考文檔中的相關(guān)圖示，確保在啟動過程中電源的穩(wěn)定性。

3. 串聯(lián)和并聯(lián)連接

• 串聯(lián)連接：可以將多個DCH01的輸出串聯(lián)，以提供非標(biāo)準(zhǔn)電壓軌。例如，雙5V的DCH01可以連接提供10V的電壓軌。
• 并聯(lián)連接：當(dāng)單個DCH01的輸出功率不足時，可以將多個DCH01的輸出并聯(lián)，以增加輸出功率。

4. 典型應(yīng)用

以輸入電壓5V、輸出電壓5V、輸出電流200mA的設(shè)計為例，輸入電容器選擇2.2μF、低ESR的陶瓷電容器，輸出電容器選擇4.7μF、低ESR的陶瓷電容器，以確保良好的啟動性能和降低輸出紋波。

四、電源供應(yīng)建議

DCH01是開關(guān)電源，會對輸入電源產(chǎn)生高峰值電流需求。為避免在快速開關(guān)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(xiàn)這種連接，則應(yīng)采用星形連接方式，并盡量加寬走線。

五、布局設(shè)計

1. 布局指南

• 電源和接地平面：輸入和輸出電源及接地平面應(yīng)為輸入和輸出電源提供低阻抗路徑。
• 電容器位置：高質(zhì)量、低ESR的陶瓷電容器應(yīng)盡可能靠近輸入放置，以減少反射紋波并確保平穩(wěn)啟動。去耦電容器應(yīng)靠近各自的引腳，以減少雜散電感的影響，提高紋波性能。

2. 布局示例

文檔中提供了DCH01單輸出布局的組件側(cè)和非組件側(cè)視圖，可作為實際設(shè)計的參考。

六、設(shè)備和文檔支持

1. 相關(guān)鏈接

提供了各型號產(chǎn)品的產(chǎn)品文件夾、樣品購買、文檔、技術(shù)工具與軟件以及支持與社區(qū)資源的快速訪問鏈接。

2. 文檔更新通知

可在ti.com上的設(shè)備產(chǎn)品文件夾中注冊，接收每周的產(chǎn)品信息更新摘要。

3. 支持資源

TI E2E?支持論壇是獲取快速、可靠答案和設(shè)計幫助的重要渠道。

4. 靜電放電注意事項

這些設(shè)備的內(nèi)置ESD保護(hù)有限，在存儲或處理時應(yīng)將引腳短接或放置在導(dǎo)電泡沫中，以防止MOS柵極受到靜電損壞。

七、總結(jié)

德州儀器的DCH01系列DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊以其高隔離性能、小體積、多種輸出選擇和高效節(jié)能等特點，為電子工程師在設(shè)計中提供了一個可靠的電源解決方案。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的設(shè)計需求，合理選擇型號、配置濾波器、優(yōu)化布局，并注意電源供應(yīng)和靜電放電等問題。大家在使用過程中有沒有遇到過什么特殊的問題或者有什么獨特的應(yīng)用經(jīng)驗?zāi)兀繗g迎在評論區(qū)分享交流。