隔离式DC/DC转换器—稳压与非稳压的具体应用

低功率隔离式 DC/DC 转换器尺寸小巧，适用于通信设备、仪器仪表和工业电子领域，可以为对空间要求严苛的应用场景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。本文将介绍这些器件的一些具体应用。

非稳压与稳压转换器

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，则非常适合采用非稳压 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变化时将输出电压保持在所需的值。如果输入电压发生变化（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中方案。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。

栅极驱动器电源

隔离式 DC/DC 转换器广泛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，都需要进行隔离。

尽管可以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：

IGBT 功率器件: RECOM 的 RH、RV、RP、RGZ、RKZ、RxxPxx 和 RxxP2xx 系列 DC/DC 转换器提供 +15 V 和 -9 V 的不对称输出电压，非常适合仅使用单个 DC/DC 转换器为 IGBT 驱动器供电的应用。

SiC MOSFET: RxxP22005D和 RKZ-xx2005D 系列提供 +20 V 和 -5 V 的不对称输出电压，可高效且有效地开关 SiC MOSFET。RxxP21503D 系列提供 +15 和 -3 V 的不对称输出电压，可高效开关第二代 SiC MOSFET。

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，在必须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。

工业应用中的隔离串行链路

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，隔离不仅能够消除网络中的接地回路，减少信号失真和误差，还可以防止出现电压/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广泛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。

IIOT传感和控制应用

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，在工厂环境中需要使用隔离电源。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。

图 1：隔离工业控制输出模块

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，这是一款性价比高、外形小巧、采用开放式框架的 1 WSMD 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

医疗应用在医院和非医院环境中都要遵守严格的监管要求，必须将患者和操作者的安全放在首位。在医疗设备中，通常需要使用 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。

RECOM 可提供许多输出功率更高的医疗级 DC/DC 转换器；然而，RECOM 已推出输出功率为 1 W、采用紧凑型 SIP7 封装的医疗级非稳压 DC/DC 转换器 REM1，扩展了产品的功率范围。REM1 具有 5.2 kVDC/min 的增强隔离和 2MOPP*/250 VAC 工作电压。REM1 可提供 3.3、5、12、15 或 24 V 输入， 3.3、5 或 12V 输出，效率高达 85%。工作温度范围为 -40°C 至 +90°C。此外，如果配备简单的外部 LC 滤波器，该转换器可达到 EMC B 级水平并符合 60601-1-2（第四版）医疗 EMC 标准要求。此外，该转换器完全符合 CB、IEC/EN 和 ANSI/AAMI 60601（第三版）、RoHS2+ (10/10) 和 REACH 安全标准，并提供五年保修。

2MOPP = 双重患者保护

分布式电源架构(DPA)系统

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、5V、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，放置在需要使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，并可以降低拾取噪声导致信号衰减的可能性。

RECOM 提供可用于多种用途的低功率DC/DC 转换器，低功率隔离式 DC/DC 转换器已广泛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。

审核编辑：刘清