低功率隔离式 DC/DC 转换器尺寸小巧,适用于通信设施、仪器仪表和工业电子领域,可以为许多对空间要求严苛的应用提供理想的解决方案。RECOM 提供广泛的 1W 和 2W 隔离式 DC/DC 转换器供您选择。本文将介绍这一些器件的一些具体应用。
RECOM 提供稳压与非稳压隔离式 DC/DC 转换器。选择哪种取决于具体应用。如果电源电压稳定并且负载保持相对恒定,则很适合采用非稳压 DC/DC 转换器。这是因为非稳压 DC/DC 转换器也能提供电压电平转换、电流隔离和短路保护(/P 型号),同时成本比稳压 DC-DC 转换器要低得多。
相反,如果电源电压或负载不稳定,则需要采用稳压转换器,稳压转换器经过精心设计,可以在输入电压或负载发生明显的变化时将输出电压保持在所需的值。如果输入电压发生明显的变化(例如由电池供电)或负载可变(包括空载条件),则稳压 DC/DC 转换器将保持固定的输出电压。
在一些低功率设计中,半稳压转换器可提供最佳折衷方案。半稳压转换器是一种在变压器的次级侧采用低压差 (LDO) 线性稳压器的非稳压转换器,无论负载条件如何,都可将输出保持在所需的值。这种解决方案具有独特的优势:如果负载突然移除,输出电压将保持稳定,并且转换器将继续受到短路保护。但由于额外增加了稳压级,与非稳压转换器相比,总体效率会有所降低而且成本会有所增加。
下列列出了此类多功能器件的一些应用领域。根据具体应用,可搭配使用稳压和非稳压转换器。
隔离式 DC/DC 转换器大范围的应用于高压逆变器的栅极驱动器中。例如,光伏 (PV) 太阳能电池板产生高压直流输出,可通过高压三相逆变器将该输出转换为交流输出。直流电压可能高达 1000 V 或更高,逆变器模块与地之间的悬浮电压通常可达几百伏;因此,无论出于功能考虑还是安全起见,都有必要进行隔离。
尽管能够正常的使用光耦合器来隔离控制信号,但仍需采用隔离式 DC/DC 驱动器作为隔离式栅极驱动器电源。RECOM 提供一系列隔离式 DC/DC 转换器模块,为 IGBT、SiC MOSFET 或 GaN HEMT 功率器件提供简单的电源解决方案。
RECOM 最佳 DC/DC 转换器系列因电源开关技术而异,可分为以下几类:
GaN HEMT:采用 RECOM 的 RP-xx06S 和 RxxP06S 系列 DC/DC 转换器(具有高隔离电压和低隔离电容)供电时,高压摆率 GaN 晶体管驱动器可在 +6 V 电压下实现最佳开关性能。此外,在一定要考虑较高噪声和干扰的 GaN 应用中,RECOM 还提供具有 +9 V 输出电压的转换器,该输出电压可以用齐纳二极管分为 +6 V 和 -3 V,以在关断时提供负栅极电压,确保栅极电压始终低于导通阈值。
现场总线是一个通用术语,用于描述工业应用中的串行总线系统,该系统将电子传感器和执行器相互连接,并将它们连接到多个主设备,如PLC或工业 PC。现场总线通常跨越较长的距离,并且通常包括差分双绞线连接等功能,以实现具有高可靠性的高速数据通信。在总线和每个系统连接之间,务必要实现信号与电源隔离,以防在电缆网络与所连接的系统之间出现瞬态过电压。此外,隔离不仅仅可以消除网络中的接地回路,减少信号失真和误差,还可以有效的预防出现电压/接地失配。
例如,控制器局域网 (CAN) 总线最初是为汽车应用而开发的,但其稳健的协议已被大范围的应用于各种工业应用。该协议指定电缆最长为 40 米,节点最多为 30 个。其他现场总线标准也规定了类似的 DC/DC 要求,包括 Modbus、Profibus 和 Interbus 等。
举例来说,RECOM 的 RxxCT(E)xx 系列稳压转换器即为适合为隔离式现场总线接口供电的隔离式 DC/DC 转换器,其标称输入电压为 5V,在输出为 5 V 或 3.3 V 时可提供 0.5 W 或 1 W 功率—并且采用 SMD-16 封装。此外,该器件可实现 5 kVAC 增强隔离。
工业物联网(IIOT) 为工厂设计师解锁了一些新功能。IIOT 中互连传感器数量庞大,可支持用户对传统工业运营进行大量改进,包括执行预测性维护、基于状态的设备监测 (CBM) 和对工业过程进行实时数字建模。工厂电力基础设施性能不佳,具有接地回路、电压浪涌和高水平电气噪声,这种设计并不适用于灵敏型传感器和微控制器。因此,在工厂环境中需要用隔离电源。然而,许多传感器或数据采集电路的功耗极低,因此 1 W 或 2 W 转换器通常就足以满足需求。
IIOT 应用还包括一些控制元件。图 1 显示了适用于工业 PLC 或分布式控制系统 (DCS) 中控制输出模块的隔离数模转换 (DAC) 电路。
DAC 需要由单个 +5 V 电源供电,但输出缓冲器需要 +/-12 V 电源来提供双向输出电压范围。隔离式 +/-12 V 电源可由 R1DX-0512/H 提供,这是一款性能好价格低、外形小巧、采用开放式框架的 1 W SMD 隔离式双输出 DC/DC 转换器。R-78E-0.5 开关式稳压器从 +12 V 供电轨向 DAC 提供 +5 V 电压。
R1DX 系列的工作电压为 5 V,并提供 ±5、±9、±12 和 ±15 双输出。输出电压可以为典型的有源传感器和用于数据分析的微控制器或 DSP 前端供电。
医疗应用在医院和非医院环境中都要遵守严格的监督管理要求,必须将患者和操作者的安全放在首位。在医疗设施中,常常要使用 DC/DC 转换器,转换器可以采用源自电池或交流电的直流输入,并将电压转换为电路所需的电压或为传感器等外设供电所需的电压。在大多数情况下,DC/DC 转换器的输入电压较低,如 5 V 或 12 V,同时输出电压也较低,如 +/-5 V 或 3.3 V。从功能上来讲,并非总是需要隔离,但可以应用隔离来断开接地回路、帮助控制传感器之间的串扰、减少电磁干扰 (EMI) 或从正电源产生负电压轨。相反,即使从功能角度不需要实现隔离,出于安全原因,仍可能需要实现隔离,即使输入和输出电压很低并且完全处于规定的“安全”电压范围内也是如此。
DPA 系统通常用于高功率负载与低功率控制设备相结合的工业控制中。AC/DC 电源通常提供 24 V 或 48 V 的系统总线电压,为电机、泵和类似的电气设备供电。
然而,控制器、逻辑电路和其他电子设备需要由 3.3 V、5 V、12 V 或 15 V 低电压供电。低功率隔离式 DC/DC 转换器可提供 3.3 V、5 V、12 V、15 V、+/-12 V、+/-15 V 及类似电压。对于采用机架设计的应用,DC/DC 转换器是位于负载点 (PoL) 的设备,放置在需要用它们供电的负载旁。这可以最大限度降低转换器和器件之间的压降,并能够更好的降低拾取噪声导致信号衰减的可能性。
低功率隔离式 DC/DC 转换器已大范围的应用于许多具有各种专业要求的工业和医疗应用中。RECOM 针对这些用途对设计进行了优化,提供一系列稳压和非稳压转换器。