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為提高通信設備或裝置在信號傳輸中的抗干擾能力，提高通信的可靠性及滿足一些儀表、儀器在復雜環境中的測量精度、提高測量的可靠性，往往在其部分電路或器件上采用了輸出穩壓的隔離型電源模塊供電。這樣不僅提高了電源的輸出電壓精度、減少紋波噪聲電壓；并且，由于采用了不共地的隔離電源，可以有效地抑制電磁干擾，消除接地環路的干擾，保護系統電路免受外部網絡的影響。在便攜式儀器、儀表及通信裝置中，采用超薄隔離型DC/DC模塊，不僅占PCB面積小，并且可靠性高，是最佳的選擇。 2008年，廣州金升陽公司在DC/DC模塊上有新的突破，開發出1W超薄隔離型DC/DC模塊系列。該系列為定壓輸入，有非穩壓輸出及穩壓輸出兩類。本文介紹該系列中定壓輸入、穩壓輸出的1W超薄隔離型DC/DC模塊，其型號為IF0505RN/RT-1W。型號中前一個05的意思是輸入電壓，后一個05的意思是輸出電壓。 DC/DC電源模塊IF0505RN/RT-1W IF0505RN/RT-1W是一種額定功率為1W、定壓5V輸入、單路5V穩壓輸出、隔離電壓為3000VDC的DC/DC電源模塊。型號中有RN的為DIP封裝，有RT的是貼片或SMD封裝。 該模塊的主要特點： ● 模塊體積小，厚度超薄，僅4.5mm； ● 輸出電壓精度高，可達±3%； ● 隔離電壓高達3000V，并且隔離電容小，僅為25pF； ● 無須外部元器件； ● 具有輸出短路保護，短路排除后能自動恢復； ● 輸出紋波電壓低，為傳統的50%，其典型值為10mVp-p； ● 溫度穩定性高，溫漂最大值為 0.03%/℃； ● 有DIP及SMD兩種封裝； ● 工作溫度范圍為工業級，-40～+85℃； ● 符合RoHS指令要求。 為提高輸出電壓精度及減小輸出紋波、噪聲電壓，模塊內還增加了一個低壓差線穩壓器（LDO），使性能進一步提高，其結構框圖如圖1所示。 圖1 IF0505RN/RT-1W結構框圖 在尺寸為19.5mm×6.6mm× 4.5mm的封裝內安裝了隔離型DC/DC轉換器及低壓差線性穩壓器，其技術難度是相當大的。由于模塊中增加了LDO，效率稍低，典型值為70%。 模塊引腳及主要參數 此種封裝的引腳排列如圖2所示。1、2引腳為輸入端：1-Vin、2-GND；5、6引腳為輸出端：5-0V、6-V0；7、8、14為空腳。 圖2 IF0505RN/RT-1W引腳排列 該模塊的主要參數（TA=25℃）：輸入電壓為5V定壓，并要求±5%的穩壓精度；輸出電壓是穩壓的，精度為±3%；輸出不能空載，最小輸出電流為20mA；最大輸出電流為200mA；效率典型值為70%；輸入與輸出間的絕緣強度最小值為3000VDC；隔離電容典型值為25pf；輸出電壓溫漂為0.03%/℃；輸出紋波電壓典型值為10mVp-p,輸出噪聲電壓典型值為50mVp-p。 圖3 模塊工作溫度特性 該模塊工作溫度范圍為-40～ +85℃，相對溫度小于95%RH；工作時內部電路溫升小，自然空冷，無須另加散熱裝置。在環境溫度超過71℃時要降額使用，如圖3所示。例如，在85℃條件下工作時，最大輸出功率僅為0.6W，即最大輸出電流為120mA。平均無故障時間為350萬小時以上，重量為1.4g。 典型應用電路 該模塊適用于輸出電壓精度高、輸出紋波、噪聲電壓低，并要求輸入、輸出隔離的場合。例如，一些高精度儀器、儀表中一些輸出靈敏度較低的傳感器及運算放大器電路，一些精度高的ADC或DAC電路，需要采用輸出穩壓的隔離型DC/DC模塊電源供電。一些串行通信電路為提高抗干擾能力、提高信號傳輸的可靠性也需采用隔離型DC/DC模塊電源。這里舉一些典型應用電路。 1 RS-485收發電路 圖4中，VTS是瞬態電壓抑制器作過壓保護，74HC04是高速6反相器，這里用做驅動器，PC410/417及PC357T是光電耦合器，起信號隔離作用，MAX481～487是低功耗RS-485收發器。 老電耦合器輸出電路部分及RS-485收發器采用隔離型DC/DC模塊供電。采用光電隔離及隔離型DC/DC模塊可有效地抑制電磁干擾和消除接地環路的干擾，提高通信的可靠性。 圖4 RS-485收發電路圖 由于MAX481是低功耗器件，3個光電耦合器耗電也不大，為了使隔離型DC/DC模塊的輸出電流大于20mA，在輸出端加了電阻RZ，以保證DC/DC模塊工作的可靠性。C1是去耦合電容，C2是進一步減小輸出紋波電壓，C1、C2用MLCC。 圖5 RS-232多路收發器電路 2 RS-232多路收發器電路 圖5是隔離型多路RS-232收發器電路。圖5中，光電耦合器10*PC417及多路RS-232收發器MAX225的電源由隔離型DC/DC模塊供電，起到良好的隔離作用。 圖6 CAN總線串行通信接口電路 3 CAN總線串行通信接口電路 圖6中，89C51是單片機，SJA1000是獨立CAN控制器，6N137是高速光電耦合器，82C250是CAN控制器接口。為了增強CAN總線節點的抗干擾能力，SJA1000的TDX和RXD端并不直接與82C250的相應端連接，而是通過光電耦合器6N137隔離后再與82C250的相應端連接，這樣可以良好地實現總線上各CAN節點間的電氣隔離。為此，6N137的Vcc與VDC必須完全隔離，否則采用光電耦合器就失去作用。這里可以采用隔離型DC/DC模塊作為隔離電源。該電源還向82C250供電。 4 單電源A/D轉換器電路 圖7是8031單片機和ADC0809模數轉換器接口電路。為滿足ADC0809對電源的精度及紋波、噪聲電壓的要求，這里采用了輸出穩壓的隔離型DC/DC模塊（IF0505RN/RT-1W），由于采用了隔離電源供電，有效地抑制電磁干擾和消除接地環路的影響，提高了ADC電路的可靠性。這種電路同樣適用于位數更高的ADC電路。 圖7單電源A/D轉換器電路 圖7中的電路僅僅使用了隔離電源，單片機與ADC的信號并未隔離。另一種采用光電隔離的方式是隔離數字信號，其結構框圖如圖8所示。采用高速光電耦合器對模擬信號同路的精度無影響，采用這種隔離方案時，運算放大器及ADC等需采用隔離電源供電。 圖8 采用光電隔離的A/D轉換器電路 由于模擬信號和數字信號不共地，對抑制數字噪聲的影響是極為有效的。 應用隔離型DC/DC模塊來抑制干擾的例子還很多，有的輸出電壓要求12V或15V，有的要求輸出雙電源（正負電源），這里就不一一介紹了。 結語 精密測量電路或通信電路中的許多不穩定問題的主要原因是受到高頻干擾。干擾源可來自自身系統電路（如開關電源）或外部的電場、磁場或電磁場的干擾。在系統電路設計中要考慮如何消除這些干擾對系統電路的影響。這涉及到電路的設計、元器件的選擇，特別是濾波電路、去耦合電路的設計；另外，印制板上的元器件布值、布線及接地的考慮都十分重要。 合理的布線和接地能有效地抑制噪聲干擾，但在混合電路中，由于模擬信號地和數字信號地依然存在共地點，要想徹底抑制數字噪聲對模擬電路的影響是困難的。不過，采用隔離型DC/DC模塊將模擬地與數字地完全隔離，這是消除數字噪聲有效的措施。 還必須指出，在一些普通數字電路、直流信號或低頻信號放大電路、RS232/485及CAN總線電路等對電源精度要求不高的場合，可以選擇非穩壓輸出隔離型DC/DC模塊（如采用定壓輸入，非穩壓輸出的DC/DC模塊，型號為F0505RN/RT-1W），它可以降低產品的生產成本。 |
