隔离式DC-DC转换器
由于各种不同的原因,可能都需要隔离。通常可以方便地将输入和输出接地分开,以便使电流路径分离,而不会相互作用。一个常见的应用是为RS485接口供电电路,用于驱动器的隔离电源轨能够阻止在主机接地和连接设备之间的电流流动(图4)。

图4:隔离式RS485接口。
具有“浮动”输出还能使负载接地点连接到任意一个DC-DC输出终端,例如,通过将正输出连接到地,可以将浮动12V配置为-12V。同样,12V可以“叠加(stacked)”在另一个电压上,比如输入12V,以提供24伏的总电压,这可能对小型电机驱动很有用(图5)。

图5:叠加一个隔离输出到另一个电压上。
通过变压器的功率耦合也可以提供一定程度的抗EMI性能,特别是针对本地接地线上产生的共模噪声。
进行隔离的一个重要原因通常是安全需要。您可能认为,如果一个DC-DC转换器有较低的输入和输出电压,安全不是问题。然而,DC-DC中的隔离层通常被用作更广泛隔离系统的一部分,以实现整体安全额定值。一个极端的例子是医疗市场的“病人连接”应用(图6),在这种应用中,DC-DC转换器必须针对最高系统电压(可能为230VAC)具备完全的医疗级额定隔离。其中的原因是,与患者相连的其他设备可能因为这种施加的危险电压而失效。DC-DC可以使危险的电流通过“未指定的连接路径”流回原设备,因此它必须具有高等级的隔离。
在适当的系统电压下,能够适合这种医疗应用规范的DC-DC转换器应该注明具有两个 “患者保护措施(MOPPS)”,如来自Traco Power的THM 30WI 系列。

图6:DC-DC转换器需要两个 MOPPS。
许多DC-DC转换器的宣传资料把一个隔离额定值简单地叫做一个电压值,例如3kVDC,用户应特别小心,因为这只是工厂的“测试”电压,虽然这是一个衡量隔离坚固性的指标,除非特定的安全机构将其隔离等级限定为“基本”、“加强”或医疗“保护措施”等级别,否则不应将DC-DC转换器用于安全隔离系统。即使引用了“EN60950加强型”等标准,也必须指定系统电压,30VAC系统电压时的加强型如果用在230VAC系统中作为安全屏障将毫无价值。
隔离式DC-DC转换器有多种形式,最简单的低功率型通常没有调节,只是“比例式”转换器,即输出随输入成比例变化。这些部件成本低,可用于为接口或模拟电路提供“点(spot)”电压。不过,由于它们的空载输出电压可能远高于额定值,因此通常具有最低负载要求。这些部件在额定负载下效率很高,但在轻载时效率要低很多,甚至可能低于50%。经过精心设计,这些类型DC-DC转换器可以提供高性能和良好的机构额定隔离值,如Murata 公司的2W表面贴装NXJ2系列。
具有主动调节功能的DC-DC转换器可以承受输入和负载的变化,同时保持严格的输出电压调节。2:1的输入变化曾经是一个标准,如18-36V,但现在的元器件可用于更广泛的5:1输入,甚至更大,如来自BEL Power的CM1901-9RG,该产品适用于具有极端输入下降和浪涌的电源轨应用。
DC-DC转换器指标
在选择直流-直流转换器时,通常首先要考虑环境因素:是否需要隔离?如果需要,安全机构的级别是什么?最高环境温度是多少?是否有气流?不同的工作温度下通常会降低输出额定值,10W转换器如果没有明显的气流,在最高温度85℃时输出可能只有3W。
效率始终是一个关键指标要求,并与工作温度有关。效率会随着负载而变化,这一点也很重要,因为大多数用户都是在低于100%额定值的情况下运行,此时效率可能要低得多。
EMI的影响会随DC-DC转换器类型的不同而变化。AC-DC转换器没有法定的电磁辐射水平限制,可以采用附加的外部滤波器。而DC-DC转换器则不同,如果一个小体积的低成本转换器却需要大的昂贵滤波器来把噪声降低到可接受水平,可能就没有什么大的吸引力了。
现在,也许您会考虑实际的输入和输出电压、电流,但一定不要忘记保护功能。从长远来看,通过贸泽电子等优质供应商提供的高可靠性转换器更可以更加节省成本。