隔離式DC/DC轉換器—穩壓與非穩壓的具體應用

低功率隔離式 DC/DC 轉換器尺寸小巧，適用于通信設備、儀器儀表和工業電子領域，可以為對空間要求嚴苛的應用場景提供理想的解決方案。RECOM 提供廣泛的 1W 和 2W 隔離式 DC/DC 轉換器供您選擇。本文將介紹這些器件的一些具體應用。

非穩壓與穩壓轉換器

RECOM 提供穩壓與非穩壓隔離式 DC/DC 轉換器。選擇哪種取決于具體應用。如果電源電壓穩定并且負載保持相對恒定，則非常適合采用非穩壓 DC/DC 轉換器。這是因為非穩壓 DC/DC 轉換器也能提供電壓電平轉換、電流隔離和短路保護（/P 型號），同時成本比穩壓 DC-DC 轉換器要低得多。

相反，如果電源電壓或負載不穩定，則需要采用穩壓轉換器，穩壓轉換器經過精心設計，可以在輸入電壓或負載發生變化時將輸出電壓保持在所需的值。如果輸入電壓發生變化（例如由電池供電）或負載可變（包括空載條件），則穩壓 DC/DC 轉換器將保持固定的輸出電壓。

在一些低功率設計中，半穩壓轉換器可提供最佳折中方案。半穩壓轉換器是一種在變壓器的次級側采用低壓差 (LDO) 線性穩壓器的非穩壓轉換器，無論負載條件如何，都可將輸出保持在所需的值。這種解決方案具有獨特的優勢：如果負載突然移除，輸出電壓將保持穩定，并且轉換器將繼續受到短路保護。但由于額外增加了穩壓級，與非穩壓轉換器相比，總體效率會有所降低而且成本會有所增加。

下列列出了此類多功能器件的一些應用領域。根據具體應用，可搭配使用穩壓和非穩壓轉換器。

柵極驅動器電源

隔離式 DC/DC 轉換器廣泛應用于高壓逆變器的柵極驅動器中。例如，光伏 (PV) 太陽能電池板產生高壓直流輸出，可通過高壓三相逆變器將該輸出轉換為交流輸出。直流電壓可能高達 1000 V 或更高，逆變器模塊與地之間的懸浮電壓通?？蛇_幾百伏；因此，無論出于功能考慮還是安全起見，都需要進行隔離。

盡管可以使用光耦合器來隔離控制信號，但仍需采用隔離式 DC/DC 驅動器作為隔離式柵極驅動器電源。RECOM 提供一系列隔離式 DC/DC 轉換器模塊，為 IGBT、SiC MOSFET 或GaN HEMT 功率器件提供簡單的電源解決方案。

RECOM 最佳 DC/DC 轉換器系列因電源開關技術而異，可分為以下幾類：

IGBT 功率器件:?RECOM 的 RH、RV、RP、RGZ、RKZ、RxxPxx 和 RxxP2xx 系列 DC/DC 轉換器提供 +15 V 和 -9 V 的不對稱輸出電壓，非常適合僅使用單個 DC/DC 轉換器為 IGBT 驅動器供電的應用。

SiC MOSFET:?RxxP22005D和 RKZ-xx2005D 系列提供 +20 V 和 -5 V 的不對稱輸出電壓，可高效且有效地開關 SiC MOSFET。RxxP21503D 系列提供 +15 和 -3 V 的不對稱輸出電壓，可高效開關第二代 SiC MOSFET。

GaN HEMT:?采用 RECOM 的 RP-xx06S 和RxxP06S 系列 DC/DC 轉換器（具有高隔離電壓和低隔離電容）供電時，高壓擺率 GaN 晶體管驅動器可在 +6 V 電壓下實現最佳開關性能。此外，在必須考慮較高噪聲和干擾的 GaN 應用中，RECOM 還提供具有+9 V 輸出電壓的轉換器，該輸出電壓可以用齊納二極管分為 +6 V 和 -3 V，以在關斷時提供負柵極電壓，確保柵極電壓始終低于導通閾值。

工業應用中的隔離串行鏈路

現場總線是一個通用術語，用于描述工業應用中的串行總線系統，該系統將電子傳感器和執行器相互連接，并將它們連接到多個主設備，如 PLC 或工業 PC?，F場總線通?？缭捷^長的距離，并且通常包括差分雙絞線連接等功能，以實現具有高可靠性的高速數據通信。在總線和每個系統連接之間，務必要實現信號與電源隔離，以防在電纜網絡與所連接的系統之間出現瞬態過電壓。此外，隔離不僅能夠消除網絡中的接地回路，減少信號失真和誤差，還可以防止出現電壓/接地失配。

例如，控制器局域網 (CAN) 總線最初是為汽車應用而開發的，但其穩健的協議已被廣泛應用于各種工業應用。該協議指定電纜最長為 40 米，節點最多為 30 個。其他現場總線標準也規定了類似的 DC/DC 要求，包括 Modbus、Profibus 和 Interbus 等。

舉例來說，RECOM 的RxxCT(E)xx 系列穩壓轉換器即為適合為隔離式現場總線接口供電的隔離式 DC/DC 轉換器，其標稱輸入電壓為 5V，在輸出為 5 V 或 3.3 V時可提供 0.5 W 或 1 W 功率—并且采用 SMD-16 封裝。此外，該器件可實現 5 kVAC 增強隔離。

IIOT傳感和控制應用

工業物聯網 (IIOT) 為工廠設計師解鎖了一些新功能。IIOT 中互連傳感器數量龐大，可支持用戶對傳統工業運營進行大量改進，包括執行預測性維護、基于狀態的設備監測 (CBM) 和對工業過程進行實時數字建模。工廠電力基礎設施性能不佳，具有接地回路、電壓浪涌和高水平電氣噪聲，這種設計并不適用于靈敏型傳感器和微控制器。因此，在工廠環境中需要使用隔離電源。然而，許多傳感器或數據采集電路的功耗極低，因此 1 W 或 2 W 轉換器通常就足以滿足需求。

圖 1：隔離工業控制輸出模塊

IIOT 應用還包括一些控制元件。圖 1 顯示了適用于工業 PLC 或分布式控制系統 (DCS) 中控制輸出模塊的隔離數模轉換 (DAC) 電路。

DAC 需要由單個 +5 V 電源供電，但輸出緩沖器需要 +/-12 V 電源來提供雙向輸出電壓范圍。隔離式 +/-12 V 電源可由 R1DX-0512/H 提供，這是一款性價比高、外形小巧、采用開放式框架的 1 WSMD 隔離式雙輸出 DC/DC 轉換器。R-78E-0.5 開關式穩壓器從 +12 V 供電軌向 DAC 提供+5 V 電壓。

R1DX 系列的工作電壓為 5 V，并提供±5、±9、±12 和±15 雙輸出。輸出電壓可以為典型的有源傳感器和用于數據分析的微控制器或 DSP 前端供電。

醫療應用

醫療應用在醫院和非醫院環境中都要遵守嚴格的監管要求，必須將患者和操作者的安全放在首位。在醫療設備中，通常需要使用 DC/DC 轉換器，轉換器可以采用源自電池或交流電的直流輸入，并將電壓轉換為電路所需的電壓或為傳感器等外設供電所需的電壓。在大多數情況下，DC/DC 轉換器的輸入電壓較低，如 5 V 或 12 V，同時輸出電壓也較低，如 +/-5 V 或 3.3 V。從功能上來講，并非總是需要隔離，但可以應用隔離來斷開接地回路、幫助控制傳感器之間的串擾、減少電磁干擾 (EMI) 或從正電源產生負電壓軌。相反，即使從功能角度不需要實現隔離，出于安全原因，仍可能需要實現隔離，即使輸入和輸出電壓很低并且完全處于規定的“安全”電壓范圍內也是如此。

RECOM 可提供許多輸出功率更高的醫療級 DC/DC 轉換器；然而，RECOM 已推出輸出功率為 1 W、采用緊湊型 SIP7 封裝的醫療級非穩壓 DC/DC 轉換器 REM1，擴展了產品的功率范圍。REM1 具有 5.2 kVDC/min 的增強隔離和 2MOPP*/250 VAC 工作電壓。REM1 可提供 3.3、5、12、15 或 24 V 輸入， 3.3、5 或 12V 輸出，效率高達 85%。工作溫度范圍為 -40°C 至 +90°C。此外，如果配備簡單的外部 LC 濾波器，該轉換器可達到 EMC B 級水平并符合 60601-1-2（第四版）醫療 EMC 標準要求。此外，該轉換器完全符合 CB、IEC/EN 和 ANSI/AAMI 60601（第三版）、RoHS2+ (10/10) 和 REACH 安全標準，并提供五年保修。

2MOPP = 雙重患者保護

分布式電源架構(DPA)系統

DPA 系統通常用于高功率負載與低功率控制設備相結合的工業控制中。AC/DC 電源通常提供 24 V 或48 V 的系統總線電壓，為電機、泵和類似的電氣設備供電。

然而，控制器、邏輯電路和其他電子設備需要由 3.3 V、5 V、12 V 或 15 V 低電壓供電。低功率隔離式 DC/DC 轉換器可提供 3.3 V、5V、12 V、15 V、+/-12 V、+/-15 V 及類似電壓。對于采用機架設計的應用，DC/DC 轉換器是位于負載點 (PoL) 的設備，放置在需要使用它們供電的負載旁。這可以最大限度降低轉換器和器件之間的壓降，并可以降低拾取噪聲導致信號衰減的可能性。

RECOM 提供可用于多種用途的低功率DC/DC 轉換器，低功率隔離式 DC/DC 轉換器已廣泛應用于許多具有各種專業要求的工業和醫療應用中。RECOM 針對這些用途對設計進行了優化，提供一系列穩壓和非穩壓轉換器。

審核編輯：劉清