隔離式 DC/DC 轉換器——穩壓與非穩壓
發布時間:2023-10-22 來源:RECOM 責任編輯:wenwei
【導讀】低功率隔離式 DC/DC 轉換器尺寸小巧,適用於通信設備、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。選擇哪種取決於具體應用。如果電源電壓穩定並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xiang反fan,如ru果guo電dian源yuan電dian壓ya或huo負fu載zai不bu穩wen定ding,則ze需xu要yao采cai用yong穩wen壓ya轉zhuan換huan器qi,穩wen壓ya轉zhuan換huan器qi經jing過guo精jing心xin設she計ji,可ke以yi在zai輸shu入ru電dian壓ya或huo負fu載zai發fa生sheng變bian化hua時shi將jiang輸shu出chu電dian壓ya保bao持chi在zai所suo需xu的de值zhi。如ru果guo輸shu入ru電dian壓ya發fa生sheng變bian化hua(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(ru)果(guo)負(fu)載(zai)突(tu)然(ran)移(yi)除(chu),輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)將(jiang)保(bao)持(chi)穩(wen)定(ding),並(bing)且(qie)轉(zhuan)換(huan)器(qi)將(jiang)繼(ji)續(xu)受(shou)到(dao)短(duan)路(lu)保(bao)護(hu)。但(dan)由(you)於(yu)額(e)外(wai)增(zeng)加(jia)了(le)穩(wen)壓(ya)級(ji),與(yu)非(fei)穩(wen)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)器(qi)相(xiang)比(bi),總(zong)體(ti)效(xiao)率(lv)會(hui)有(you)所(suo)降(jiang)低(di)而(er)且(qie)成(cheng)本(ben)會(hui)有(you)所(suo)增(zeng)加(jia)。
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 轉換器廣泛應用於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常可達幾百伏;因此,無論出於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製信號,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 提供一係列隔離式 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 轉換器係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 係列 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 係列提供 +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 係列提供 +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 係列 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幹擾的 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於導通閾值。
工業應用中的隔離串行鏈路
xianchangzongxianshiyigetongyongshuyu,yongyumiaoshugongyeyingyongzhongdechuanxingzongxianxitong,gaixitongjiangdianzichuanganqihezhixingqixianghulianjie,bingjiangtamenlianjiedaoduogezhushebei,ru PLC 或工業 PC。現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)通(tong)常(chang)跨(kua)越(yue)較(jiao)長(chang)的(de)距(ju)離(li),並(bing)且(qie)通(tong)常(chang)包(bao)括(kuo)差(cha)分(fen)雙(shuang)絞(jiao)線(xian)連(lian)接(jie)等(deng)功(gong)能(neng),以(yi)實(shi)現(xian)具(ju)有(you)高(gao)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)高(gao)速(su)數(shu)據(ju)通(tong)信(xin)。在(zai)總(zong)線(xian)和(he)每(mei)個(ge)係(xi)統(tong)連(lian)接(jie)之(zhi)間(jian),務(wu)必(bi)要(yao)實(shi)現(xian)信(xin)號(hao)與(yu)電(dian)源(yuan)隔(ge)離(li),以(yi)防(fang)在(zai)電(dian)纜(lan)網(wang)絡(luo)與(yu)所(suo)連(lian)接(jie)的(de)係(xi)統(tong)之(zhi)間(jian)出(chu)現(xian)瞬(shun)態(tai)過(guo)電(dian)壓(ya)。此(ci)外(wai),隔(ge)離(li)不(bu)僅(jin)能(neng)夠(gou)消(xiao)除(chu)網(wang)絡(luo)中(zhong)的(de)接(jie)地(di)回(hui)路(lu),減(jian)少(shao)信(xin)號(hao)失(shi)真(zhen)和(he)誤(wu)差(cha),還(hai)可(ke)以(yi)防(fang)止(zhi)出(chu)現(xian)電(dian)壓(ya)/接地失配。
例如,控製器局域網 (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於各種工業應用。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 係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—並且采用 SMD-16 封裝。此外,該器件可實現 5 kVAC 增強隔離。
IIOT傳感和控製應用
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、基於狀態的設備監測 (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、dianyalangyonghegaoshuipingdianqizaosheng,zhezhongshejibingbushiyongyulingminxingchuanganqiheweikongzhiqi。yinci,zaigongchanghuanjingzhongxuyaoshiyonggelidianyuan。raner,xuduochuanganqihuoshujucaijidianludegonghaojidi,yinci 1 W 或 2 W 轉換器通常就足以滿足需求。
IIOT 應用還包括一些控製元件。圖 1 顯示了適用於工業 PLC 或分布式控製係統 (DCS) 中控製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,但輸出緩衝器需要 +/-12 V 電源來提供雙向輸出電壓範圍。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 W SMD 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 係列的工作電壓為 5 V,並提供 ±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於數據分析的微控製器或 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zhuan換huan器qi,轉zhuan換huan器qi可ke以yi采cai用yong源yuan自zi電dian池chi或huo交jiao流liu電dian的de直zhi流liu輸shu入ru,並bing將jiang電dian壓ya轉zhuan換huan為wei電dian路lu所suo需xu的de電dian壓ya或huo為wei傳chuan感gan器qi等deng外wai設she供gong電dian所suo需xu的de電dian壓ya。在zai大da多duo數shu情qing況kuang下xia,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,並非總是需要隔離,但可以應用隔離來斷開接地回路、幫助控製傳感器之間的串擾、減少電磁幹擾 (EMI) huocongzhengdianyuanchanshengfudianyagui。xiangfan,jishiconggongnengjiaodubuxuyaoshixiangeli,chuyuanquanyuanyin,rengkenengxuyaoshixiangeli,jishishuruheshuchudianyahendibingqiewanquanchuyuguidingde“安全”電壓範圍內也是如此。
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,擴展了產品的功率範圍。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%。工作溫度範圍為 -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 級水平並符合 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,並提供五年保修。
2MOPP = 雙重患者保護
分布式電源架構(DPA)係統
DPA 係統通常用於高功率負載與低功率控製設備相結合的工業控製中。AC/DC 電源通常提供 24 V 或48 V 的係統總線電壓,為電機、泵和類似的電氣設備供電。
然而,控製器、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、5 V、12 V、15 V、+/-12 V、+/-15 V 及類似電壓。對於采用機架設計的應用,DC/DC 轉換器是位於負載點 (PoL) 的de設she備bei,放fang置zhi在zai需xu要yao使shi用yong它ta們men供gong電dian的de負fu載zai旁pang。這zhe可ke以yi最zui大da限xian度du降jiang低di轉zhuan換huan器qi和he器qi件jian之zhi間jian的de壓ya降jiang,並bing可ke以yi降jiang低di拾shi取qu噪zao聲sheng導dao致zhi信xin號hao衰shuai減jian的de可ke能neng性xing。
RECOM 提供可用於多種用途的低功率DC/DC 轉換器,低功率隔離式 DC/DC 轉換器已廣泛應用於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,提供一係列穩壓和非穩壓轉換器。
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