所有這些應(yīng)用都有一個共同點：它們的電源電壓與總線電壓隔離。為什么要將電源與總線或開關(guān)元件電隔離？電流隔離可防止電源電壓的瞬態(tài)干擾傳播到總線并中斷其運行。
    高效微模塊
    作為隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，具有電流隔離功能的電源模塊可為工業(yè)應(yīng)用中的 ADC 提供可靠的電源。固定隔離微模塊 (FIMM) 系列的隔離微模塊 1769205132 使用 chiplet SiP 技術(shù)將尺寸減小了 80%，從而使模塊尺寸為 9 × 7 × 3.1 mm。與標準 SMT-8 電源模塊（9 × 7 mm 2對比 13.2 × 12.2 mm 2 ）相比，電路板空間要求減少了 50% 以上。
    MagIC 電源模塊 1769205132 基于全橋拓撲。該模塊集成了開關(guān)功率級、控制電路、整流二極管、輸入和輸出電容器以及變壓器（圖 1）。由于沒有從輸出到輸入的反饋路徑，占空比固定為 50% 并且與負載無關(guān)。輸出電壓不受調(diào)節(jié)，由變壓器匝數(shù)比決定。可提供 1 W 的輸出功率，可達 T A = 100C 的環(huán)境溫度，而無需任何輸出電流降額。由于設(shè)計原因，原邊和副邊之間的寄生耦合電容的典型值為 8 pF。它的效率為 91%，是 Würth Elektronik 完整的隔離式電源模塊產(chǎn)品組合中的“同類”產(chǎn)品。

    節(jié)省空間且易于使用：帶隔離微型模塊的無干擾電源

    圖 1：FIMM 系列的隔離式微型模塊 1769205132 的結(jié)構(gòu)。它由半導體IC、整流二極管、輸入和輸出電容器以及變壓器組成。
    電隔離 DC/DC 轉(zhuǎn)換器專門設(shè)計用于在分布式電源系統(tǒng)中實現(xiàn)電壓隔離。FIMM 模塊特別適用于對電源干擾敏感的應(yīng)用，例如模擬低頻電路和繼電器控制電路。電路初級側(cè)和次級側(cè)之間的低寄生電容確保與高頻干擾的高度去耦。此外，這種低寄生電容降低了共模干擾從初級開關(guān)側(cè)傳播到轉(zhuǎn)換器次級側(cè)的可能性。
    提供敏感傳感器
    測量和數(shù)據(jù)采集等應(yīng)用通常使用 ADC 構(gòu)建，ADC 將模擬測量值（例如溫度值或電流）轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。對于正負測量信號的采集，需要雙電壓電源。通常，在此類應(yīng)用中使用 ±5 V 電源。

    ADC 可以提供的分辨率，即它有效提供多少位，除其他因素外，還取決于電源電壓的噪聲分量。

    圖 2 中應(yīng)用中的紅色電路板從 5 V 輸入電壓生成 ±5 V 的電隔離雙電壓。
    節(jié)省空間且易于使用：帶隔離微型模塊的無干擾電源
    圖 2：使用去耦雙電壓電源的傳感器應(yīng)用示例（紅板）
    該電路的特點是：
    輸出端的殘余紋波非常低
    輸入和輸出之間的寬帶解耦
    雙電壓電源大致由四個功能塊組成（圖 3）：
    輸入保護電路：保護電路集成了反接保護和瞬態(tài)電壓保護功能。
    輸入濾波器：級濾波器用于衰減傳導干擾電平。由 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的開關(guān)操作產(chǎn)生的諧波在電源方向上的振幅減小。另一方面，干擾可以通過電源到達電源模塊，并被濾波器衰減。
    電源（2 個 FIMM 模塊）：電源模塊轉(zhuǎn)換電壓并在輸入和輸出之間提供電流隔離。
    輸出濾波器：電源模塊提供的電流是直流電流與交流分量的疊加。AC 分量是通過濾波器降低振幅的部分，以便為要提供的應(yīng)用程序（例如 ADC）提供“干凈”的 DC 電壓。

    節(jié)省空間且易于使用：帶隔離微型模塊的無干擾電源

    圖 3：去耦雙電壓電源（圖 2 中的紅色板）包括輸入側(cè)保護電路、輸入側(cè)濾波器、電源（2 個 FIMM 模塊）和輸出側(cè)濾波器。
    輸入保護電路
    輸入側(cè)的保護電路采用兩級設(shè)計（圖 3，左）。
    二極管 D1 完成兩項任務(wù)：它保護輸入免受負瞬態(tài)干擾，并防止在反電壓極性的情況下?lián)p壞電源模塊的輸入。在 0.3 A 和 0.3 V 的正向電壓下，它將電壓鉗位到低于為電源模塊指定的工作值的值。
    二極管 D2 保護電路免受正電壓瞬變的影響。在從陰極到陽極的 6 和 9 V 之間的正電壓瞬變下，D2 導通。有效鉗位電壓通常為 5.7 V，因此處于電源模塊的額定值范圍內(nèi)。
    輸入過濾器
    電源模塊以 300 kHz 的典型內(nèi)部開關(guān)頻率運行。上游電源的開關(guān)頻率通常為 50 至 500 kHz。這導致濾波器組合在大約 100 kHz 時已經(jīng)具有大約 50 至 75 dB 的衰減以濾除瞬態(tài)干擾。

    C1、L1 和 C2 的組合形成一個 pi 濾波器結(jié)構(gòu)。選擇各個濾波器組件的值是為了提供從 100 kHz 開始大約 50 dB 的插入損耗。

    圖 4 顯示了級濾波器的插入損耗曲線。在這里，可以清楚地看到，從 50 kHz 開始，可以實現(xiàn)大約 80 dB 的衰減。
    節(jié)省空間且易于使用：帶隔離微型模塊的無干擾電源
    圖 4：在 RedExpert 中模擬的級濾波器的插入損耗圖。在這里可以清楚地看到，從 50 kHz 開始，已經(jīng)實現(xiàn)了大約 80 dB 的衰減。
    可以使用 RedExpert 中的濾波器設(shè)計器進行計算/模擬。1該工具根據(jù)測量結(jié)果使用組件的真實屬性進行計算。這樣，模擬結(jié)果與真實組件的對應(yīng)性更好。插入損耗的計算是在源阻抗和負載阻抗為 50 Ω 的情況下進行的。在實踐中實現(xiàn)高插入損耗的關(guān)鍵是采用 RF 兼容設(shè)計，避免組件之間的耦合。
    輸出過濾器
    由于其工作原理，DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸出電壓不像線性穩(wěn)壓器那樣提供純直流電壓。它是直流電壓與疊加交流分量的組合。交流分量在數(shù)據(jù)表中指定為以 mV PP為單位的“輸出電壓紋波和噪聲”值，表示輸出電壓的峰峰值幅度。ADC 電路在這里很敏感，因為它們只能在來自其電源的小干擾信號下以方式工作，該干擾信號必須低于 ADC 的分辨率。
    右邊圖3所示的電路是一個濾波器，可以降低輸出側(cè)FIMM的干擾電壓。線性雙端口濾波器由耦合電感、繞組 L2a/L2b 以及電容器 C3 和 C4 構(gòu)成。
    繞組 L2a 將直流分量傳導至負載（類似于“平滑扼流圈”），而交流分量則通過繞組 L2b 和電容器 C4 流向地面。電容器 C4 的阻抗行為使其將高頻分量放電到地。
    兩個繞組之間的磁耦合，即由耦合系數(shù) k 描述的負反饋電感，對于濾波器功能至關(guān)重要。
    由于耦合電感的兩個繞組的繞組方向，流過繞組 L2b 的電流的交流部分被轉(zhuǎn)移到繞組 L2a。電流的 AC 部分然后疊加在 DC (AC) 電流上，由此 AC 部分在負載電流中被抵消，并通過磁耦合得到補償并因此減少。
    系數(shù)k用于表示兩個線圈繞組之間的耦合，值為1表示兩個繞組之間的耦合度為100%。由于電路設(shè)計類似于二階濾波器，需要使用k值<0.99的耦合電感；否則，電路很容易進入串聯(lián)諧振（陷波濾波器），并在諧振頻率以上的頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)出較低的濾波效果。理想情況下，應(yīng)使用小于 0.98 的 ak。這里使用的耦合電感器 WE-DD 744877220 的耦合系數(shù)約為 0.98。所使用的電容器必須具有盡可能低的 ESR 值，以達到所需的濾波效果。例如鋁聚合物電容WCAP-PTHR 870055673002，在1kHz~50MHz頻率范圍內(nèi)ESR值小于100mΩ，
    測量表明，對于 +5V 支路的紋波電壓，交流分量多可減少 50%（與未濾波值相關(guān)）。
    FIMM布局推薦
    必須注意 FIMM 模塊有兩個獨立的接地連接：初級側(cè)的引腳 1 和 2，次級側(cè)的引腳 3 和 4。
    從布局的角度來看，必須確保初級側(cè)和次級側(cè)彼此電容去耦。輸入和輸出電容器（C IN和 C OUT）必須分別盡可能靠近模塊的輸入和輸出端子放置。這限度地減少了電流傳導回路，限制了銅面積，在模塊運行期間銅面積會經(jīng)歷較大的電流變化。在電源模塊和輸入濾波器之間插入距離可降低開關(guān)電路和LC 輸入濾波器中的濾波電容器 C F的輻射耦合效應(yīng)。實際上，大約 2.5 厘米的距離就足夠了。有關(guān)布局的更多詳細信息，請參見 FIMM 2的數(shù)據(jù)表在“設(shè)計示例”部分?？梢詮脑诰€目錄的“”部分 ALTIUM 布局推薦。