用于空間緊湊型設計的微型隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器

分布式電源架構(gòu)的發(fā)展相應推動了微型低功耗 (2 W) DC/DC 轉(zhuǎn)換器的發(fā)展。顧名思義，這些器件能夠最大程度地縮小轉(zhuǎn)換器占用的板級空間。該種器件的體積僅為 0.71 x 0.29 x 0.09 英寸（18.1 x 7.6 x 2.35 毫米），為工業(yè)應用與安全性至關重要的應用（如電信及醫(yī)療設備等）中的模擬電路提供使用點 (point-of-use) 隔離式功率轉(zhuǎn)換。此外，微型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器還為那些需要電隔離輸出電源或需要降低模擬電路噪聲的設計人員提供了便利。

對于大多數(shù)對噪聲敏感的新型電路而言，系統(tǒng)設計人員常常需要保證少數(shù)元件與輸入電源實現(xiàn)完全隔離。我們應將本地電源軌上的負載與噪聲同整個系統(tǒng)主供電軌相隔離。比如，混合信號 IC 設計常常由于噪聲問題而導致系統(tǒng)不能正常工作。大量的數(shù)字噪聲加上敏感的模擬電路常常會造成干擾噪聲 [1]。

帶電隔離的微型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器可實現(xiàn)極低的輸出噪聲以及極高的精確度。電隔離可在轉(zhuǎn)換器的二次側(cè)形成浮動接地，因而有助于降低系統(tǒng)噪聲 [2]。因此，我們可通過輸入至輸出的隔離來實現(xiàn)簡單的隔離式輸出電源，此外我們也可利用它來產(chǎn)生不同的電壓軌、雙極軌和/或非標準電壓。此外，作為模擬電路中的噪聲降低技術，隔離層 (isolation barrier) 還可避免數(shù)字接地總線影響敏感的模擬電路。

標準的磚型轉(zhuǎn)換器 (brick-type converter) 并不適合這種要求。除了其成本較高之外，磚型轉(zhuǎn)換器的輸出功率也不適合功率小于 2W 的應用。此外，磚型轉(zhuǎn)換器的安裝面積過大。設計人員希望實現(xiàn)設備微型化，以節(jié)約寶貴的板上空間 (board real estate)。由于微型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器甚至比新型的 16 分之一磚型轉(zhuǎn)換器還要小很多（0.29 平方英寸相比于 1.17 平方英寸，18,709.64 平方毫米相比于 754.84 平方毫米），因此其特別適合在空間緊湊的設計中生成板上電壓。

那么，為什么不自主開發(fā) DC/DC 電源呢？對于磚型轉(zhuǎn)換器和現(xiàn)成的微型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器來說，分立組件板上轉(zhuǎn)換器設計是不錯的選擇。但是，進行分立設計的人越來越少。其缺點在于很難實現(xiàn)額外的功能（如設備保護和模塊到模塊的同步等），可靠性較低，而且難以減小電源的體積。此外，就許多高級產(chǎn)品而言，DC/DC 轉(zhuǎn)換器不過是其中的組件之一，設計人員很難有時間專門研究轉(zhuǎn)換器設計，成為相關設備的專家。鑒于上述困難，越來越多的設計人員選擇應用微型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。這種轉(zhuǎn)換器大幅降低了風險，顯著加快了新品上市時間，并大大節(jié)約了開發(fā)成本。

除了相對于磚型轉(zhuǎn)換器和分立設計的優(yōu)勢之外，微型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器還可為負載點 (POL) 功率轉(zhuǎn)換提供小型的功率解決方案。POL 轉(zhuǎn)換器幫助設計人員解決新型高性能半導體設備高峰值電流要求以及低噪聲容限要求所提出的挑戰(zhàn)。這種轉(zhuǎn)換器可放置于靠近其負載的地方。這樣能夠盡量減少壓降造成的損失，有助于克服噪聲敏感性和 EMI 干擾問題，并能保證在動態(tài)負載條件下嚴格進行調(diào)節(jié)。

供貨情況

CD Technologies、德州儀器 (TI) 與 Wall Industries 等提供的微型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器為那些要求隔離功能并需要 20 mA 至 500 mA 輸出電流的設計人員提供了幫助。有關轉(zhuǎn)換器輸入為 5 V、12 V、15 V 或 24 V。單輸出轉(zhuǎn)換器的電壓從 3.3V 到 24 VDC 不等。雙輸出轉(zhuǎn)換器的電壓則從 ±3.3 到 ±24 VDC 不等。

微型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器在輸入到輸出的額定隔離電壓為 1000、1500 或 3000 VDC 的情況下提供穩(wěn)壓或非穩(wěn)壓輸出。工作溫度可從 -40 °C 到 +100 °C。由于其交換頻率較高 (400 MHz)，因此有關轉(zhuǎn)換器的效率可高達 85%。

內(nèi)置特性

就那些希望實施微型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)設計人員而言，此設備具備多種內(nèi)置特性，可簡化系統(tǒng)集成和設計工作?，F(xiàn)有的許多產(chǎn)品都包括過熱保護、短路保護以及內(nèi)部濾波功能。某些更先進的轉(zhuǎn)換器還可實現(xiàn)設備間同步。如果一個應用在一塊 PC 板上使用的轉(zhuǎn)換器不止一個，那么可能生成拍頻或其它電氣干擾。DCP010512B 和 DCR010505 轉(zhuǎn)換器 (圖 1) 用內(nèi)置的同步控制功能解決了這一問題，此功能可使多個轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)彼此同步。該功能非常方便，只需將 SYNCIN 引腳連接在一起，即可使設計人員最多能夠?qū)崿F(xiàn)八部器件的同步，這就消除了交換頻率造成的電氣干擾。

構(gòu)造

目前，DC/DC 轉(zhuǎn)換器技術繼續(xù)致力于實現(xiàn)更高密度、更高效率以及更小封裝的轉(zhuǎn)換器。一種創(chuàng)新性突出的轉(zhuǎn)換器采用與標準集成電路 (IC) 封裝相同的方式制造，包括雙列直插式 (DIL) 和小外形 (SO) 等封裝（圖 2）。其采用 IC 引線框架作為 IC 封裝中硅芯片器件與磁性組件互連的介質(zhì)（圖 3），這樣就得到了隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，可實現(xiàn)高可靠性、出色的熱管理、小巧的外觀，并能與標準的板組裝工藝相兼容。標準的 IC 格式還可實現(xiàn)卷帶組裝，這有助于降低制造成本。

不同的配置

微型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸出電隔離通過串聯(lián)連接多個轉(zhuǎn)換器，可生成非標準電壓軌。只需將一部轉(zhuǎn)換器的正輸出連接至另一部轉(zhuǎn)換器的負輸出即可實現(xiàn)這一目的，從而能夠產(chǎn)生多種電壓變化。某些雙輸出轉(zhuǎn)換器的輸出還可串聯(lián)相連，從而使可提供的輸出電壓的幅度達到兩倍。圖 4 給出了雙 ±15 V 轉(zhuǎn)換器的連接示意圖，其可提供30 V 電壓軌 [3]。

如果單個轉(zhuǎn)換器不能提供所需的輸出電力，那么并聯(lián)連接多個轉(zhuǎn)換器可以解決此問題。采用并聯(lián)連接的話，一個比較好的設計原則就是保證并聯(lián)的轉(zhuǎn)換器為同一類型。圖 5 顯示了兩個并聯(lián)連接的轉(zhuǎn)換器 [2]。