德州仪器DCH01系列DC/DC转换器模块的设计与应用

在电子工程师的日常设计工作中，DC/DC转换器是不可或缺的重要组件。今天就来深入探讨一下德州仪器（TI）的DCH01系列，这是一款1W、3000VDC隔离、非稳压的DC/DC转换器模块，在众多领域都有着广泛的应用前景。

文件下载：dch010505s.pdf

一、产品概述

DCH01系列包含DCH010505、DCH010512和DCH010515等多个型号，采用行业标准的7引脚SIP封装，具有3kVDC的隔离能力（经过1秒测试），连续施加在隔离屏障上的电压为60VDC / 42.5VAC，并且是UL60950认证产品。其输入电压为5V ±10%，输出电压有±5V、±12V或±15V可选，还支持串联和并联操作，以实现更高的输出电压和功率。

产品特点

1. 高隔离性能：3kVDC的隔离能力，能有效保障电路安全，适用于对隔离要求较高的应用场景。
2. 小体积与高集成度：采用7引脚SIP封装，所需外部组件极少，大大节省了电路板空间。
3. 多种输出选择：提供单输出和双分裂电源输出，满足不同的设计需求。
4. 高效节能：最高效率可达78%，有助于降低功耗。

应用领域

1. 现场电源转换：为各种设备提供稳定的电源。
2. 接地环路消除：有效解决接地环路带来的干扰问题。
3. 数据采集：确保数据采集过程中的信号稳定。
4. 工业控制和仪器仪表：为工业设备提供可靠的电源支持。
5. 测试设备：满足测试设备对电源的高精度要求。

二、产品详细参数

1. 设备对比表

MODEL	INPUT VOLTAGE (V)	OUTPUT VOLTAGE (V)	OUTPUT CURRENT (mA)	OUTPUT POWER (W)	ISOLATION VOLTAGE (kVDC)	PACKAGE - LEAD
DCH010505S	5 ± 10%	5	200	1	3	SIP - 7
DCH010512S	5 ± 10%	12	83	1	3	SIP - 7
DCH010515S	5 ± 10%	15	67	1	3	SIP - 7
DCH010505D	5 ± 10%	±5	±100	1	3	SIP - 7
DCH010512D	5 ± 10%	±12	±42	1	3	SIP - 7
DCH010515D	5 ± 10%	±15	±33	1	3	SIP - 7

2. 引脚配置与功能

PIN	NAME	EDJ (SINGLE)	EDJ (DUAL)	I/O	DESCRIPTION
1	+V I	1	1	I	电压输入
2	–V I	2	2	I	输入侧公共端
5	–V O	5	5	O	负电压输出
6	COM	-	6	-	输出侧公共端
7	+V O	7	7	O	正电压输出

3. 规格参数

• 绝对最大额定值：输入电压（5V输入型号）最大为7V，存储温度范围为–55°C至125°C。
• ESD额定值：人体模型（HBM）为±2000V，带电设备模型（CDM）为±250V。
• 推荐工作条件：输入电压范围为4.5V至5.5V，工作环境温度范围为–40°C至85°C。
• 热信息：结到环境的热阻为66°C/W，结到顶部和结到电路板的表征参数均为3°C/W。
• 电气特性：在不同负载和温度条件下，输出电压、负载调节、输出纹波、输入电流、效率等参数都有明确的规定。

三、应用与实现

1. 可选输入和输出滤波器

虽然DCH01电源模块内部已包含输入和输出陶瓷电容器，但对于一些对纹波和噪声要求较高的应用，还需要额外的滤波器。

• 输入和输出电容器：在输出端添加4.7µF或更大的陶瓷电容器，可将输出纹波或噪声降低10%至30%；在输入端附近添加4.7µF陶瓷电容器，可将反射传导纹波或噪声降低30%至50%。
• π滤波器：采用铁氧体磁珠电感与调节器的输入或输出端子串联的π滤波器，可将纹波或噪声降低至少15 - 20dB。

2. 启动

启动波形可参考文档中的相关图示，确保在启动过程中电源的稳定性。

3. 串联和并联连接

• 串联连接：可以将多个DCH01的输出串联，以提供非标准电压轨。例如，双5V的DCH01可以连接提供10V的电压轨。
• 并联连接：当单个DCH01的输出功率不足时，可以将多个DCH01的输出并联，以增加输出功率。

4. 典型应用

以输入电压5V、输出电压5V、输出电流200mA的设计为例，输入电容器选择2.2µF、低ESR的陶瓷电容器，输出电容器选择4.7µF、低ESR的陶瓷电容器，以确保良好的启动性能和降低输出纹波。

四、电源供应建议

DCH01是开关电源，会对输入电源产生高峰值电流需求。为避免在快速开关脉冲期间电源瞬间下降，建议使用接地和电源平面将电源连接到DCH01的输入。如果无法实现这种连接，则应采用星形连接方式，并尽量加宽走线。

五、布局设计

1. 布局指南

• 电源和接地平面：输入和输出电源及接地平面应为输入和输出电源提供低阻抗路径。
• 电容器位置：高质量、低ESR的陶瓷电容器应尽可能靠近输入放置，以减少反射纹波并确保平稳启动。去耦电容器应靠近各自的引脚，以减少杂散电感的影响，提高纹波性能。

2. 布局示例

文档中提供了DCH01单输出布局的组件侧和非组件侧视图，可作为实际设计的参考。

六、设备和文档支持

1. 相关链接

提供了各型号产品的产品文件夹、样品购买、文档、技术工具与软件以及支持与社区资源的快速访问链接。

2. 文档更新通知

可在ti.com上的设备产品文件夹中注册，接收每周的产品信息更新摘要。

3. 支持资源

TI E2E™支持论坛是获取快速、可靠答案和设计帮助的重要渠道。

4. 静电放电注意事项

这些设备的内置ESD保护有限，在存储或处理时应将引脚短接或放置在导电泡沫中，以防止MOS栅极受到静电损坏。

七、总结

德州仪器的DCH01系列DC/DC转换器模块以其高隔离性能、小体积、多种输出选择和高效节能等特点，为电子工程师在设计中提供了一个可靠的电源解决方案。在实际应用中，我们需要根据具体的设计需求，合理选择型号、配置滤波器、优化布局，并注意电源供应和静电放电等问题。大家在使用过程中有没有遇到过什么特殊的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。