Перейти к содержанию

Изолированный DC-DC-преобразователь

Цифровому изолятору или изолированному трансиверу нужно питание с обеих сторон барьера. Брать его от той же земли нельзя — развязка пропадёт. Поэтому изолированную сторону питают через маленький преобразователь с трансформатором, который передаёт энергию через собственный барьер.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Изолированный DC-DC-преобразователь — источник питания, у которого выход гальванически отделён от входа трансформатором. В схемах развязки им питают изолированную сторону цифрового изолятора или изолированного трансивера: у этой стороны своя земля, и подключать её к питанию контроллера нельзя — иначе развязка пропадёт (наш комментарий). TI в даташите ISO7741 прямо рекомендует для этого драйверы SN6501 и SN6505A (SLLSEP4K, разд. 8.3).

Два подхода

SN6501 + трансформаторISOW7841
Что этодрайвер трансформатора, SOT-23-5изолятор на 4 канала со встроенным преобразователем
Трансформаторвнешний, со средней точкойна кристалле, изоляция — полимерная плёнка
Выходнестабилизированный, рекомендован LDOстабилизированный, 5 или 3,3 В
Мощностьток первичной стороны до 350 мА (5 В) / 150 мА (3,3 В)до 0,65 Вт; не меньше 130 мА при 5→5 В
Защитынет плавного пуска, ограничения тока и тепловой защитыплавный пуск, защита от перегрузки, КЗ и перегрева

Источники: SLLSEA0I (SN6501), SLLSEY2G (ISOW7841).

Как работает двухтактная схема

SN6501 — генератор и драйвер двух N-канальных ключей, которые по очереди подключают половины первичной обмотки к земле; средняя точка обмотки соединена с питанием. Внутренняя логика вставляет паузу между выключением одного ключа и включением другого (break-before-make). Частота переключения при 5 В — от 300 до 620 кГц, типично 410 кГц. Напряжение вторичной обмотки задаётся коэффициентом трансформации, после выпрямителя его стабилизирует LDO: без него выход заметно падает с ростом нагрузки (SLLSEA0I, разд. 7.3.1, 8.2.2).

В ISOW7841 устроено иначе: выход стабилизирован на изолированной стороне, а сигнал обратной связи передаётся на первичную сторону по отдельному изолированному каналу, и первичная часть подстраивает скважность. Цена компактности — КПД типично 53 % при токе 130 мА и пульсации типично 100 мВ размахом (SLLSEY2G).

Что учесть

  • Трансформатор — тоже часть изоляции: его класс изоляции и пути утечки должны соответствовать требованиям не хуже, чем у изолятора (наш вывод).
  • Межобмоточная ёмкость трансформатора добавляется к ёмкости изоляции изолятора и пропускает синфазные помехи (наш комментарий).
  • Нагрузку считают с запасом: изолированный трансивер CAN ISO1042 в доминантном состоянии на нагрузке 60 Ом потребляет от питания шинной стороны 43 мА типично и до 73,4 мА (SLLSF09F).

Схемы развязки целиком, от оптопар до изолированных интерфейсов, — в статье «Гальваническая развязка».

Частые вопросы

Зачем после SN6501 ставят LDO?

Потому что выпрямленное напряжение без стабилизатора заметно падает с ростом нагрузки: TI пишет, что разница между выходом на минимальной и максимальной нагрузке выходит за диапазон питания трансивера, и настоятельно рекомендует LDO (SLLSEA0I, разд. 8.2.2).

Чем ISOW7841 удобнее связки SN6501 и трансформатора?

В ISOW7841 преобразователь и трансформатор встроены вместе с четырьмя каналами изолятора, выход уже стабилизирован (5 или 3,3 В), есть плавный пуск и защита от короткого замыкания. Платить приходится мощностью и КПД: до 0,65 Вт и типично 53 % при токе 130 мА (SLLSEY2G).

Можно ли ставить большой конденсатор на выход SN6501?

Осторожно. У SN6501 нет плавного пуска, ограничения тока и тепловой защиты, и ёмкостная нагрузка больше 5 мкФ при включении выглядит для него как короткое замыкание. TI советует держать ёмкость меньше 5 мкФ или ставить LDO с ограничением тока или плавным пуском (SLLSEA0I, разд. 8.2.2.1).

Источники

  1. Texas Instruments. SN6501 Transformer Driver for Isolated Power Supplies (SLLSEA0I, February 2012, revised January 2021) — с. 1: двухтактный драйвер малых трансформаторов, питание 3,3 или 5 В, ток первичной стороны до 350 мА при 5 В и до 150 мА при 3,3 В, корпус SOT-23-5, трансформатор со средней точкой, напряжение вторички задаёт коэффициент трансформации, логика break-before-make; табл. 5.5: частота переключения 250/360/550 кГц (3,3 В) и 300/410/620 кГц (5 В); разд. 8.2.2: выходное напряжение без стабилизатора заметно падает с ростом нагрузки, настоятельно рекомендован LDO; разд. 8.2.2.1: нет плавного пуска, ограничения тока и тепловой защиты, ёмкостная нагрузка больше 5 мкФ при включении выглядит как короткое замыкание
  2. Texas Instruments. ISOW784x Quad-Channel Digital Isolators with Integrated DC-DC Converter (SLLSEY2G, revised August 2021) — с. 1: встроенный преобразователь с трансформатором на кристалле, вход 3–5,5 В, стабилизированный выход 5 или 3,3 В, до 0,65 Вт; ток нагрузки не меньше 130 мА (5→5 и 5→3,3 В), 75 мА (3,3→3,3 В), 40 мА (3,3→5 В); плавный пуск, защита от перегрузки и КЗ, тепловая защита; табл. характеристик: КПД 53 % тип. при 130 мА, пульсации 100 мВ размах тип. в полосе 20 МГц; разд. 9: изоляция трансформатора — тонкоплёночный полимер, обратная связь по выходу через отдельный изолированный канал
  3. Texas Instruments. ISO774x Reinforced and Basic Quad-Channel Digital Isolators (SLLSEP4K, revised August 2026) — разд. 8.3: для изолированного питания рекомендованы SN6501 и SN6505A

Нашли ошибку?

Смотрите также