深入解析DCR01系列1W隔離穩(wěn)壓DC/DC轉換器模塊

在電子設計領域，DC/DC轉換器是實現(xiàn)電源轉換的關鍵元件。今天，我們要詳細探討的是德州儀器（TI）的DCR01系列1W隔離穩(wěn)壓DC/DC轉換器模塊，它具有諸多出色特性，適用于多種應用場景。

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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轉換器，具備1W的標稱隔離輸出功率能力，同時擁有低輸出噪聲、熱保護和高精度等優(yōu)點。其采用先進的BiCMOS和DMOS工藝，有10引腳PDIP和12引腳SOP兩種封裝形式，輸入電壓可選5V、12V或24V，輸出電壓為3.3V或5V，還支持設備間同步，開關頻率達400kHz，并具備短路保護和熱保護功能，在55°C時失效率為125FITs。

二、關鍵特性剖析

（一）隔離特性

1. 隔離類型：該系列采用的是操作或功能隔離，變壓器中使用的絕緣線作為主要隔離屏障。通過高電位（hipot）1秒持續(xù)測試（介電耐壓測試）來驗證隔離屏障是否正常工作。但需注意，它不能用于安全隔離系統(tǒng)。
2. 工作電壓：對于具有操作隔離的設備，正常運行時施加在設備上的連續(xù)工作電壓必須小于42.5V RMS或60V DC。
3. 隔離電壓額定值：TI的DCR01系列DC/DC轉換器均在1.0kV AC下進行100%生產(chǎn)測試，持續(xù)時間為1秒。
4. 重復高壓隔離測試：重復的高壓隔離測試可能會降低隔離能力，因此要嚴格限制高壓測試次數(shù)。若確實需要進行，需將電壓從規(guī)定測試電壓降低20%，每次測試持續(xù)時間限制為1秒。

（二）功率級

采用推挽式中心抽頭拓撲，以400kHz的頻率進行開關（由800kHz振蕩器分頻得到）。

（三）整流

變壓器的輸出經(jīng)過全波整流，并通過連接到VREC的外部1μF陶瓷電容進行濾波。

（四）穩(wěn)壓

內(nèi)部的低壓差線性穩(wěn)壓器可在設備的整個工作范圍內(nèi)提供良好的穩(wěn)壓輸出電壓。

（五）振蕩器和看門狗

板載800kHz振蕩器通過二分頻電路產(chǎn)生開關頻率，該振蕩器可與其他DCR01設備電路或外部源同步，以降低系統(tǒng)噪聲?？撮T狗電路監(jiān)控振蕩器電路的運行，將SYNC引腳拉低可禁用振蕩器，此時輸出引腳將在2μs內(nèi)進入三態(tài)模式。

（六）ERROR標志

DCR01的ERROR引腳可提供電源正常標志，只要內(nèi)部穩(wěn)壓器處于穩(wěn)壓狀態(tài)即可。若需要ERROR輸出，可在ERROR引腳和輸出電壓之間連接一個10kΩ電阻。

（七）同步

當多個DC/DC轉換器在應用中同時開關時，可能會產(chǎn)生拍頻和其他電氣干擾。DCR01系列通過允許設備之間同步來克服這一問題。最多可將八個設備的SYNC引腳連接在一起進行同步，但要注意盡量減少走線電容，因為雜散電容（大于3pF）會降低開關頻率，甚至可能使振蕩器電路停止工作。SYNC引腳的最大推薦電壓為3V。對于使用超過八個同步設備的應用，需使用外部設備驅動SYNC引腳。

（八）結構

DCR01系列的基本結構與標準集成電路相同，模制封裝中不含基板。它由IC、低壓差線性穩(wěn)壓器、整流二極管和繞線磁環(huán)組成，由于封裝中不含焊料，因此不需要特殊的印刷電路板（PCB）組裝工藝，具有較高的固有可靠性。

（九）熱考慮

由于該設備功率密度高，建議在輸入和輸出軌上設置接地平面。輸出穩(wěn)壓器安裝在銅引線框架上，接地平面可作為高效的散熱片。

（十）去耦 - 紋波降低

由于DMOS開關晶體管的正向電阻非常低，在短時間內(nèi)會對輸入電源提出高電流要求。因此，對于5V輸入設備，需在靠近IC電源輸入引腳處使用2.2μF（最?。┑膬?yōu)質(zhì)低等效串聯(lián)電阻（ESR）電容；對于12V和24V設備，使用0.47μF的電容，以減少對電源的影響。400kHz的高開關頻率允許使用相對較小的電容來過濾整流輸出電壓，在VREC引腳和輸出地之間靠近放置一個優(yōu)質(zhì)低ESR的1μF陶瓷電容可降低紋波。在輸出引腳和地之間靠近連接一個0.1μF的低ESR陶瓷電容可降低輸出噪聲。

三、應用場景

（一）現(xiàn)場功率轉換

可為負載點提供穩(wěn)定的電源，滿足特定電路的功率需求。

（二）數(shù)字接口電源

為數(shù)字接口提供干凈、穩(wěn)定的電源，確保信號傳輸?shù)臏蚀_性。

（三）接地環(huán)路消除

有效消除接地環(huán)路，減少干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（四）電源噪聲降低

降低電源中的噪聲，提高電源質(zhì)量，為敏感電路提供良好的工作環(huán)境。

四、典型應用設計

（一）單電壓輸出

可將DCR01連接成如圖所示的電路，以提供單電壓輸出。將ERROR輸出信號上拉至V OUT值，通過將ENABLE引腳連接到V REC引腳可永久啟用輸出，也可通過上拉電阻將ENABLE引腳連接到V REC實現(xiàn)遠程啟用，使用開關SW1可將ENABLE引腳拉低以禁用輸出。

（二）產(chǎn)生兩個正輸出電壓

使用兩個DCR01可創(chuàng)建+3.3V和+5V的輸出電壓，將它們連接成自同步模式，使兩個設備的振蕩器鎖定到單一頻率。

（三）雙極性電壓生成

將兩個DCR01配置成如圖所示的電路，可產(chǎn)生雙極性電源（即±5V），但要注意ERROR、ENABLE和VREC都是相對于各自設備的 -V OUT引腳，不能直接連接在一起。

五、設計建議

（一）電源供應

DCR01是開關電源，會對輸入電源產(chǎn)生高峰值電流需求。為避免在快速開關脈沖期間電源瞬間下降，應使用接地和電源平面將電源連接到DCR01的輸入。若無法實現(xiàn)，電源應采用星形連接，且走線應盡可能寬。

（二）布局設計

1. 電源和接地平面：輸入和輸出電源及接地平面為輸入和輸出功率提供低阻抗路徑，輸出的正負電壓通過寬走線傳導以減少損耗。
2. 去耦電容：在輸入兩端盡可能靠近放置優(yōu)質(zhì)低ESR的陶瓷電容，可減少反射紋波并確保平穩(wěn)啟動；在整流輸出端子和輸出地之間靠近放置同樣的電容，可提供最佳的紋波和噪聲性能。去耦電容應靠近各自的引腳放置，以減少雜散電感的影響，提高紋波性能。
3. SYNC引腳：若使用SYNC引腳，設備SYNC引腳之間的走線應盡量短，避免雜散電容。不要在SYNC引腳連接電容，若不使用該引腳，建議在其周圍設置一個連接到輸入地的保護環(huán)，以避免噪聲拾取，并確保沒有其他走線靠近SYNC走線，以降低該引腳的雜散電容。

六、總結

DCR01系列DC/DC轉換器模塊憑借其豐富的特性和良好的性能，為電子工程師在電源設計方面提供了可靠的解決方案。在實際應用中，我們需要根據(jù)具體需求合理選擇器件，并嚴格遵循設計建議進行布局和電源供應設計，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源轉換。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。