在航天器电子设备的控制板卡上,CAN、RS-422、RS-485、RS-232、ARINC429等通信总线把分布在不同位置的设备连成网络,模拟前端则要把传感器送来的微弱信号调理后送入采集链路。这些接口电路有一个共同的供电难题:接口两侧的设备各自接地,地电位差往往达到数伏甚至更高,模拟前端的传感器现场地与数字系统地之间也存在共模干扰。如果收发器或调理电路两侧共用电源,地环路电流会直接叠加在有用信号上,表现为通信误码、采集基线漂移。切断地环路需要两道隔离——信号通道用数字隔离器或光耦,供电通道则必须用带变压器隔离的DC/DC模块,二者缺一不可。
智腾JLHCR系列微功率隔离电源模块就是为板级隔离供电设计的产品。系列覆盖1W和2W两档功率,输入5V或12V、输出3.3V或5V,输出电压精度±1%,输出纹波低至10mVp-p,通过内部变压器实现输入输出电气隔离。模块提供陶封和塑封两种封装:陶瓷封装产品采用厚膜混合集成工艺、金属气密外壳,执行GJB2438B-2017《混合集成电路通用规范》,工作温度-55℃~125℃,H级、G级质量等级,适用于型号任务;塑封产品执行GJB7400-2011《合格制造厂认证用半导体集成电路通用规范》,工作温度-40℃~85℃,N1级质量等级,适用于地面设备与成本敏感场合。陶封产品体积仅18.4mm×9.7mm×5.5mm,在板面密度紧张的控制板上占用很小。
工程选型时按隔离侧的实际功耗累加即可。单路CAN或485收发器的隔离侧工作电流通常在几十毫安量级,一颗1W模块可以稳定支撑一至两路接口;429总线驱动器、多路422收发器集中在同一隔离域时,连同上拉、终端网络的功耗一并计入,接近1W边界就应升到2W档;模拟前端的隔离供电对象通常包括运放、电压基准和ADC的模拟侧,这类电路对电源纹波敏感,10mVp-p的纹波水平配合输出端滤波电容,可以满足高分辨率采集链路的要求。以JLHCR010503U为例,5V输入、3.3V输出、1W功率,可直接为一路3.3V供电的隔离收发器或一片模拟前端隔离域供电。
板级设计有三个细节值得注意。其一,输出电容按手册推荐配置:输出端就近放置一颗0.1μF陶瓷电容与一颗1μF电解电容,纹波测量采用20MHz带宽、探头靠测法,实际应用中这一配置也是纹波达标的前提。其二,模块启动特性为快启无过冲,多路隔离模块同时上电不会造成输入侧电流叠加失控,但输入电容仍应按板上总容性负载核算。其三,PCB布局上输入与输出分区布置,初次级铺铜不重叠、保持隔离爬电距离,隔离带下不要走信号线,否则变压器建立的隔离屏障会被板级分布电容耦合旁路。
另外两个容易忽略的点:一是隔离电源自身的初次级耦合电容为共模干扰提供通路,数字隔离器配合本系列隔离模块使用时,整体共模瞬态抑制能力由二者共同决定,隔离侧铺铜面积能小则小;二是高温环境下按手册温度降额曲线留功率裕量,陶封产品在接近125℃壳温时建议降额使用,塑封产品在85℃上限附近同样应留有余量,不要把1W、2W的标称功率当成全温区无条件可用值。
对于已采用进口器件的板卡,该系列与TI公司DCR/DCP系列产品全兼容,引脚定义、封装尺寸与外围电容配置一致,可实现PIN-PIN插拔替换,例如JLHCR010503U对应DCR010503U,国产化替代时无需改板。
青岛智腾微电子有限公司成立于2002年,是国家级专精特新重点"小巨人"企业,依托厚膜混合集成工艺平台,微功率隔离模块与厚膜DC/DC、EMI滤波器产品内部元器件均实现100%国产化,20余年配套航天型号与高端工业装备。