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隔离式 DC - DC 电源模块电路原理

07/24 11:45
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《隔离式 DC - DC 电源模块电路原理图设计》

以下以隔离式 DC - DC 电源模块典型技术需求为基础,结合通用设计规范,包含核心功能、元件参数及保护机制的电路原理图,涵盖输入滤波、功率转换、反馈稳压、电气隔离等关键环节,你可根据实际项目的具体参数(如输入输出电压、功率、隔离电压等)灵活调整元件选型:

隔离式 DC - DC 电源模块电路原理图(技术文档驱动版)

一、功能需求与设计目标

-输入参数:直流输入 +Vin=24V(典型值,范围 18V - 36V宽压兼容 ),-Vin 为输入地。

-输出参数:稳定直流输出 +Vout=5V(精度 ±1% )、-Vout为输出地,最大输出电流 2A 。

-隔离需求:初级 - 次级电气隔离电压 5kV AC/1min,满足医疗 / 工业设备安全标准。

-保护功能:输入欠压保护(<16V 关断)、输入过压保护(>38V 关断)、输出过压保护(>6V 关断)、过流保护(>2.2A 限流)。

二、电路原理图(含元件参数与功能标注)

(一)输入滤波与保护模块

元件标识 型号 / 参数 功能说明
L1 共模电感 ACM7060-102(感量 1mH,额定电流 3A ) 抑制输入侧共模噪声,过滤电网干扰
C1 X 电容 0.1μF/275V(CL21X 系列) 滤除差模噪声,降低 EMI
C2/C3 Y 电容 10nF/500V(Y1 系列) 隔离初级与地的共模噪声,增强安全性
D1 肖特基二极管 1N5822(反向耐压 40V,正向压降 0.4V@3A ) 防止输入电源反接损坏电路
U_UV_OV 电压比较器模块(如由运放 LM358 + 分压电阻搭建) 监测 +Vin,欠压 / 过压时关断 PWM 控制器

(二)主功率转换模块(高频变压器 + 开关管)

元件标识 型号 / 参数 功能说明
Q1 N 沟道 MOSFET IRF3205(VDS=55V,ID=110A,RDS(on)=8mΩ@10V ) 初级侧高频开关管,将直流斩波为高频脉冲
T1 高频变压器(磁芯 PC40 EE22,初级匝数 24T,次级匝数 3T,匝比 8:1 ,隔离电压 2.5kV AC ) 实现电气隔离,通过匝数比转换电压
C_clamp 钳位电容 0.47μF/100V(ECQ-E 系列) 吸收开关管关断时的尖峰电压,保护器件

(三)次级整流与输出滤波模块

元件标识 型号 / 参数 功能说明
D2 同步整流 MOSFET AO3400(VDS=-30V,ID=-5.8A,RDS(on)=30mΩ@-4.5V ) 次级侧整流,替代传统二极管降低损耗
L2 输出电感 10μH/2A(CDRH127 系列) 与电容组成 LC 滤波,平滑输出电压
C_out 电解电容 1000μF/16V + 陶瓷电容 0.1μF/50V 滤除低频 / 高频纹波,输出稳定 5V

(四)反馈稳压与隔离模块

元件标识 型号 / 参数 功能说明
U_PWM PWM 控制器 UC3845(工作电压 8-30V,振荡频率 200kHz ) 调整开关管占空比,稳定输出电压
U_opt 光耦 TLP521(隔离电压 2500Vrms,CTR=50-600%@5mA ) 跨隔离层传递反馈信号,保证初级 - 次级隔离
U_ref 基准电压源 TL431(输出 2.5V±1%,动态阻抗 0.2Ω ) 提供精准电压基准,参与反馈调节

(五)远程控制与保护扩展

元件标识 型号 / 参数 功能说明
R_remote 上拉电阻 10kΩ(0805 封装 配合 REMOTE ON/OFF 实现远程启停
R_sense 采样电阻 0.05Ω/2W(精度 1% ) 监测输出电流,过流时触发 PWM 限流

三、电路连接与原理说明

-输入阶段:+Vin经 L1、C1-C3 滤波后,由 D1 防反接,U_UV_OV 监测电压异常并关断 U_PWM 。

-功率转换:U_PWM驱动 Q1 高频通断(200kHz ),变压器 T1 传递能量到次级,C_clamp 抑制尖峰电压。

-输出稳压:次级经 D2同步整流、L2-C_out 滤波后输出 5V ;U_ref 采样输出电压,通过 U_opt 反馈到 U_PWM ,动态调整占空比实现稳压。

-保护机制:输入欠压 / 过压触发 U_UV_OV关断;输出过流通过 R_sense 采样,由 U_PWM 限流;REMOTE ON/OFF 可远程控制模块启停。

四、原理图绘制规范说明

-元件封装:MOSFET 用 TO-252(IRF3205)、SOT-23(AO3400 );电容 / 电阻用 0805/1206 贴片封装;光耦用 DIP-4 ,适配工业级 PCB 设计。

-布线规则:高频回路(Q1-T1-D2)短而粗,减少寄生电感;光耦初级 / 次级隔离布线,间距满足 5kV 爬电距离(≥2.5mm )。

备注:以上原理图为通用设计模板,实际项目需结合具体技术文档(如输入电压范围、输出功率、隔离等级等)调整元件参数(如变压器匝数比、MOSFET 选型、滤波电容容值等 )。若有更详细的技术指标(如效率要求、纹波限制、EMC 标准 ),可进一步优化电路(如增加 EMI 滤波级、调整反馈补偿网络 )。

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