TI DCR01系列1W隔離式穩(wěn)壓DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊深度解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，DC/DC轉(zhuǎn)換器是不可或缺的重要組件，它為各種電子設(shè)備提供穩(wěn)定的電源。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）的DCR01系列1W隔離式穩(wěn)壓DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊，包括其特點(diǎn)、應(yīng)用、詳細(xì)規(guī)格等方面，為電子工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)中提供參考。

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一、DCR01系列概述

DCR01系列是一系列高效、輸入隔離、輸出穩(wěn)壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器，具有1W的額定功率和1000Vrms的隔離電壓。該系列產(chǎn)品提供多種輸入（5V、12V或24V）和輸出電壓（3.3V或5V）選擇，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。

二、產(chǎn)品特點(diǎn)亮點(diǎn)

2.1 隔離特性

• 電氣隔離：具備1kV的電氣隔離（1秒測(cè)試），連續(xù)施加在隔離屏障上的電壓可達(dá)60VDC或42.5VAC，通過UL1950認(rèn)證，確保了設(shè)備在使用過程中的安全性和穩(wěn)定性。這種隔離特性能夠有效地防止電氣干擾，對(duì)于一些對(duì)電磁干擾敏感的應(yīng)用場(chǎng)景非常重要。例如在醫(yī)療設(shè)備中，電氣隔離可以避免患者受到電擊的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)保證設(shè)備的正常運(yùn)行。
• 類型區(qū)分：采用的是操作或功能隔離，與基本或增強(qiáng)隔離不同，它不能用于安全隔離系統(tǒng)。這就要求工程師在設(shè)計(jì)時(shí)要明確其使用范圍，避免因錯(cuò)誤使用而導(dǎo)致安全隱患。大家思考一下，如何在設(shè)計(jì)中確保正確使用這種隔離類型呢？

2.2 多樣化封裝

提供10引腳PDIP和12引腳SOP兩種封裝形式，方便工程師根據(jù)不同的電路板布局和空間要求進(jìn)行選擇。不同的封裝形式在散熱、安裝方式等方面可能會(huì)有所差異，工程師需要綜合考慮這些因素來確定最適合的封裝。

2.3 寬輸入輸出范圍

支持5V、12V或24V的輸入電壓，以及3.3V或5V的輸出電壓，能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的電源需求。這種寬范圍的輸入輸出選擇使得DCR01系列具有很強(qiáng)的通用性，可以應(yīng)用于多種電子設(shè)備中。

2.4 同步功能

支持設(shè)備間的同步，通過連接SYNC引腳可以實(shí)現(xiàn)多達(dá)八個(gè)設(shè)備的同步，有效減少了開關(guān)頻率差異產(chǎn)生的干擾。在多電源模塊同時(shí)工作的系統(tǒng)中，同步功能可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。但在同步過程中，需要注意SYNC引腳的電容問題，因?yàn)殡娙葸^大會(huì)影響開關(guān)頻率。那么，如何在實(shí)際設(shè)計(jì)中控制SYNC引腳的電容呢？

2.5 保護(hù)功能

具備短路保護(hù)和熱保護(hù)功能，能夠在異常情況下保護(hù)設(shè)備，提高了產(chǎn)品的可靠性。當(dāng)輸出端發(fā)生短路時(shí)，短路保護(hù)功能可以迅速切斷電路，防止設(shè)備損壞；熱保護(hù)功能則可以在設(shè)備溫度過高時(shí)自動(dòng)降低功率或關(guān)閉設(shè)備，避免因過熱而導(dǎo)致的性能下降或損壞。

2.6 高頻開關(guān)

采用400kHz的開關(guān)頻率，允許使用較小的電容進(jìn)行濾波，減小了電路板的尺寸和成本。高頻開關(guān)還可以提高電源的轉(zhuǎn)換效率，減少能量損耗。

2.7 高效率與低失效率

具有較高的效率，并且在55°C時(shí)的失效率為125FITs，保證了產(chǎn)品的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

三、具體應(yīng)用場(chǎng)景

3.1 點(diǎn)負(fù)載電源轉(zhuǎn)換

在分布式電源系統(tǒng)中，DCR01系列可以將輸入電壓轉(zhuǎn)換為負(fù)載所需的電壓，為特定的電路或設(shè)備提供穩(wěn)定的電源。例如在計(jì)算機(jī)主板上，需要為不同的芯片提供不同的電壓，DCR01系列就可以實(shí)現(xiàn)這種點(diǎn)負(fù)載的電源轉(zhuǎn)換。

3.2 數(shù)字接口電源

為數(shù)字接口電路提供隔離的電源，減少電源噪聲對(duì)接口信號(hào)的干擾，提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?。?a target="_blank">通信設(shè)備中，數(shù)字接口的穩(wěn)定性對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸至關(guān)重要，DCR01系列可以有效地解決電源噪聲問題。

3.3 消除接地環(huán)路

通過隔離功能，消除接地環(huán)路引起的干擾，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。在一些工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，接地環(huán)路可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真或設(shè)備故障，使用DCR01系列可以很好地解決這個(gè)問題。

3.4 降低電源噪聲

其低輸出噪聲的特點(diǎn)可以有效降低電源噪聲對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，提高系統(tǒng)的性能。在音頻設(shè)備中，電源噪聲會(huì)影響音質(zhì)，使用DCR01系列可以提供干凈的電源，改善音頻質(zhì)量。

四、產(chǎn)品詳細(xì)規(guī)格

4.1 絕對(duì)最大額定值

不同輸入電壓的設(shè)備有不同的最大輸入電壓限制，如5V輸入設(shè)備的最大輸入電壓為7V，12V輸入設(shè)備為15V，24V輸入設(shè)備為29V。同時(shí)，PDIP封裝的引腳溫度最大為270°C（10秒），SOP封裝的回流焊溫度最大為260°C。這些參數(shù)是設(shè)備能夠承受的極限值，在使用過程中必須嚴(yán)格遵守，否則可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞。

4.2 ESD額定值

人體模型（HBM）的ESD額定值為±1000V，帶電設(shè)備模型（CDM）為±250V。這表明設(shè)備對(duì)靜電放電有一定的抵抗能力，但在操作過程中仍需要采取適當(dāng)?shù)姆漓o電措施，以避免靜電對(duì)設(shè)備造成損害。

4.3 推薦工作條件

不同輸入電壓的設(shè)備有不同的推薦輸入電壓范圍，如5V輸入設(shè)備為4.5 - 5.5V，12V輸入設(shè)備為10.8 - 13.2V，24V輸入設(shè)備為21.6 - 26.4V。工作溫度范圍為 - 40°C至85°C。在推薦工作條件下使用設(shè)備，可以保證設(shè)備的性能和可靠性。

4.4 熱信息

不同封裝的DCR01系列在熱阻等參數(shù)上表現(xiàn)一致，如結(jié)到環(huán)境的熱阻 (R{θJA}) 為60°C/W，結(jié)到外殼（頂部）的熱阻 (R{θJC(top)}) 為26°C/W等。這些熱信息對(duì)于設(shè)計(jì)散熱方案非常重要，工程師需要根據(jù)這些參數(shù)來選擇合適的散熱方式，確保設(shè)備在正常溫度范圍內(nèi)工作。

4.5 電氣特性

• 輸出電壓方面，DCR01xx03的標(biāo)稱輸出電壓為3.3V，DCR01xx05為5V，設(shè)定點(diǎn)精度在0.5% - 2%之間。
• 輸入電壓方面，根據(jù)型號(hào)不同有5V、12V或24V的標(biāo)稱輸入電壓，電壓范圍為±10%。
• 隔離特性方面，隔離電壓為1kVrms，1秒閃測(cè)時(shí)的 (dV/dt) 為500V/s，泄漏電流為30nA，連續(xù)工作時(shí)的直流電壓為60VDC，交流電壓為42.5VAC。

4.6 典型特性

文檔中給出了不同型號(hào)在不同環(huán)境溫度和負(fù)載下的效率、輸出電壓調(diào)節(jié)率、輸出電壓紋波和噪聲等典型特性曲線。這些曲線可以幫助工程師在設(shè)計(jì)過程中預(yù)測(cè)設(shè)備的性能，選擇合適的型號(hào)和工作條件。例如，通過效率曲線可以選擇在特定負(fù)載下效率最高的型號(hào)，從而降低能耗。

五、功能模塊解析

5.1 電源級(jí)

采用推挽式中心抽頭拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，開關(guān)頻率為400kHz（由800kHz振蕩器分頻得到）。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠提供高效的功率轉(zhuǎn)換，并且在一定程度上減少了電磁干擾。

5.2 整流

變壓器輸出采用全波整流，并通過連接到VREC的外部1μF陶瓷電容進(jìn)行濾波。全波整流可以提高電源的利用率，而陶瓷電容的濾波作用可以減少輸出電壓的紋波。

5.3 調(diào)節(jié)器

內(nèi)部采用低壓差線性調(diào)節(jié)器，能夠在設(shè)備的整個(gè)工作范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的輸出電壓。低壓差線性調(diào)節(jié)器具有輸出電壓穩(wěn)定、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，適合對(duì)電源質(zhì)量要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。

5.4 振蕩器和看門狗

800kHz的振蕩器通過二分頻電路產(chǎn)生開關(guān)頻率，并且可以與其他DCR01設(shè)備或外部源同步，以減少系統(tǒng)噪聲?？撮T狗電路監(jiān)控振蕩器的運(yùn)行，當(dāng)SYNC引腳拉低時(shí)，振蕩器停止工作，輸出引腳進(jìn)入三態(tài)模式。這種設(shè)計(jì)可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，防止振蕩器出現(xiàn)故障時(shí)對(duì)系統(tǒng)造成影響。

5.5 ERROR標(biāo)志

DCR01的ERROR引腳提供電源正常標(biāo)志，只要內(nèi)部調(diào)節(jié)器處于調(diào)節(jié)狀態(tài)，該標(biāo)志就有效。在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過連接一個(gè)10kΩ的電阻到輸出電壓來使用這個(gè)標(biāo)志，方便工程師監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)。

5.6 同步功能

多個(gè)DCR01設(shè)備可以通過連接SYNC引腳實(shí)現(xiàn)同步，最多可同步八個(gè)設(shè)備。同步可以減少開關(guān)頻率差異產(chǎn)生的干擾，但需要注意SYNC引腳的電容問題，電容過大可能會(huì)影響開關(guān)頻率。在設(shè)計(jì)多設(shè)備同步系統(tǒng)時(shí)，如何合理布局SYNC引腳的連接，以減少電容的影響，是工程師需要考慮的問題。

5.7 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

DCR01系列的基本結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)集成電路相同，模制封裝內(nèi)無基板，由IC、低壓差線性調(diào)節(jié)器、整流二極管和繞線磁環(huán)組成。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得設(shè)備具有較高的可靠性，并且不需要特殊的PCB組裝工藝。

5.8 熱考慮

由于設(shè)備的功率密度較高，建議在輸入和輸出軌上提供接地平面，輸出調(diào)節(jié)器安裝在銅引線框架上，接地平面可以作為有效的散熱器。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，如何合理設(shè)計(jì)接地平面的大小和布局，以提高散熱效果，是需要關(guān)注的問題。

5.9 去耦與紋波降低

為了減少電源的紋波和噪聲，建議在輸入引腳附近使用高質(zhì)量、低ESR的電容，如5V輸入設(shè)備使用2.2μF電容，12V和24V輸入設(shè)備使用0.47μF電容。在VREC引腳和輸出地之間使用1μF陶瓷電容，在輸出引腳和地之間使用0.1μF陶瓷電容。這些電容的選擇和布局對(duì)于提高電源的穩(wěn)定性和降低噪聲非常重要。

六、應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

6.1 單電壓輸出

通過連接DCR01可以實(shí)現(xiàn)單電壓輸出，將ERROR輸出信號(hào)上拉到 (V{OUT}) ，通過連接ENABLE引腳到 (V{REC}) 可以永久啟用輸出，也可以通過開關(guān)拉低ENABLE引腳來禁用輸出。在設(shè)計(jì)這種電路時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的電阻值，以確保信號(hào)的正常傳輸和設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

6.2 產(chǎn)生兩個(gè)正輸出電壓

使用兩個(gè)DCR01可以創(chuàng)建+3.3V和+5V的輸出電壓，兩個(gè)設(shè)備通過自同步鎖定振蕩器頻率。在這種應(yīng)用中，需要注意連接到VREC引腳的濾波電容要分開并靠近各自的DCR01，以保證濾波效果。

6.3 產(chǎn)生雙極性電壓

兩個(gè)DCR01可以配置為產(chǎn)生雙極性電源（如±5V），但需要注意ERROR、ENABLE和VREC是相對(duì)于各自設(shè)備的 (-V_{OUT}) 引腳的，不能直接連接。在設(shè)計(jì)雙極性電源電路時(shí)，如何確保各個(gè)引腳的正確連接和信號(hào)的隔離，是工程師需要解決的問題。

6.4 典型應(yīng)用設(shè)計(jì)

以輸入電壓為5V、輸出電壓為5V、輸出電流為200mA、隔離電壓為1000V的設(shè)計(jì)為例，需要在輸入使用2.2μF陶瓷電容進(jìn)行去耦，在輸出使用0.1μF陶瓷電容，在VREC引腳和輸出地之間使用1μF陶瓷電容，并在ERROR引腳和輸出電壓之間連接10kΩ電阻。通過這些設(shè)計(jì)步驟，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定的電源輸出。

七、電源與布局建議

7.1 電源建議

DCR01是開關(guān)電源，會(huì)對(duì)輸入電源產(chǎn)生高峰值電流需求。為避免電源在快速開關(guān)脈沖期間瞬間下降，建議使用接地和電源平面連接電源到DCR01的輸入。如果無法使用平面連接，則應(yīng)采用星形連接方式，并盡量加寬走線。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，如何根據(jù)電路板的布局和電源的特性來選擇合適的連接方式，是需要考慮的問題。

7.2 布局指南

• 輸入和輸出電源及接地平面應(yīng)提供低阻抗路徑，輸出的正負(fù)電壓輸出應(yīng)通過寬走線傳導(dǎo)以減少損耗。
• 在輸入和整流輸出端附近應(yīng)使用高質(zhì)量、低ESR的陶瓷電容，以減少紋波和噪聲。
• 如果使用SYNC引腳，設(shè)備之間的SYNC引腳走線應(yīng)盡量短，避免連接電容，不使用時(shí)應(yīng)在該引腳周圍設(shè)置保護(hù)環(huán)以避免噪聲拾取。

八、支持與注意事項(xiàng)

8.1 文檔更新通知

可以通過訪問ti.com上的設(shè)備產(chǎn)品文件夾，點(diǎn)擊“Subscribe to updates”注冊(cè)，以接收文檔更新的每周摘要。及時(shí)了解文檔的更新信息對(duì)于工程師來說非常重要，可以獲取最新的產(chǎn)品信息和技術(shù)支持。

8.2 支持資源

TI E2E?支持論壇是獲取快速、準(zhǔn)確答案和設(shè)計(jì)幫助的重要渠道，工程師可以在論壇上搜索現(xiàn)有答案或提出自己的問題。

8.3 靜電放電注意

該集成電路容易受到ESD損壞，在操作過程中需要采取適當(dāng)?shù)姆漓o電措施，如佩戴防靜電手環(huán)、在防靜電工作臺(tái)上操作等。

九、總結(jié)

DCR01系列1W隔離式穩(wěn)壓DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊具有多種優(yōu)點(diǎn)，如隔離特性好、輸入輸出范圍寬、同步功能強(qiáng)、保護(hù)功能完善等，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的型號(hào)，合理設(shè)計(jì)電路和布局，注意電源和散熱問題，同時(shí)采取適當(dāng)?shù)姆漓o電措施，以確保設(shè)備的性能和可靠性。大家在使用DCR01系列產(chǎn)品的過程中，遇到過哪些問題呢？是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。