ใช้ตัวแปลง DC-DC แบบแยกกับหม้อแปลงในตัวเพื่อความสะดวกในการประกอบ

ในไดรฟ์เพื่อลดต้นทุนและพื้นที่ตัวแปลง DC-DC แบบเสาหินเป็นทางออกที่ดีสำหรับแอปพลิเคชันที่มีปริมาณมากจำนวนมาก แต่ไม่สามารถใช้ในการออกแบบที่ต้องแยกอินพุตแหล่งจ่ายไฟออกจากเอาต์พุต อุปกรณ์ทางการแพทย์เป็นตัวอย่างที่ดี โดยปกติแล้วสามารถใช้อุปกรณ์แยกชิ้นที่ติดตั้งบนบอร์ดแทนได้ แต่สิ่งเหล่านี้ต้องอาศัยหม้อแปลงเพื่อให้ได้การแยกไฟฟ้าที่ต้องการซึ่งจะช่วยลดประสิทธิภาพและเพิ่มต้นทุนขนาดและน้ำหนักของโซลูชัน หม้อแปลงยังแนะนำความแปรปรวนในประสิทธิภาพของตัวแปลง DC-DC และทำให้การประกอบอัตโนมัติปริมาณสูงทำได้ยาก

เพื่อรับมือกับความท้าทายเหล่านี้นักออกแบบสามารถหันไปใช้โมดูลตัวแปลง DC-DC แบบแยกที่มีหม้อแปลงฝังอยู่ในวัสดุพิมพ์ของตัวแปลง

บทความนี้อธิบายถึงสถานการณ์ที่ต้องใช้ตัวแปลง DC-DC แบบแยก จากนั้นจะแนะนำตัวอย่างโซลูชันจาก Murata Electronics และแสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถใช้เพื่อให้เกิดการแยกโดยไม่ต้องประนีประนอมการออกแบบที่สำคัญโดยทั่วไปจะเกี่ยวข้องกับตัวแปลง DC-DC แบบแยกที่ใช้หม้อแปลง บทความนี้ยังอธิบายถึงวิธีที่แพคเกจของตัวแปลงตรงตามความต้องการของชุดประกอบยึดพื้นผิวอัตโนมัติระดับสูงและแสดงวิธีออกแบบตัวแปลง DC-DC แบบแยกเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีแรงดันและกระแสไฟกระเพื่อมน้อยที่สุดและลดสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI)

เมื่อใดควรใช้ตัวแปลงแยก

ในตัวแปลง DC-DC ธรรมดาวงจรควบคุมเดียวช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลจากอินพุตไปยังเอาต์พุตโดยตรง ซึ่งจะช่วยลดความซับซ้อนขนาดและราคา แต่มีแอปพลิเคชั่นมากมายที่ต้องใช้การแยกกัลวานิก (จากนี้ไปเรียกง่าย ๆ ว่า“ การแยก”) เพื่อแยกด้านอินพุตและเอาต์พุตของอุปกรณ์ด้วยไฟฟ้า ตัวอย่างเช่นข้อกำหนดด้านความปลอดภัยอาจกำหนดให้ใช้ตัวแปลง DC-DC แบบแยก-โดยใช้หม้อแปลง (หรือในบางกรณีตัวเหนี่ยวนำคู่) เพื่อถ่ายโอนแรงดันและกระแสผ่านช่องว่างระหว่างด้านอินพุตและเอาต์พุตโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากเชื่อมต่อด้านอินพุต ถึงแรงดันไฟฟ้าที่สูงพอที่จะเป็นอันตรายต่อมนุษย์ ตัวแปลง DC-DC แบบแยกยังมีประโยชน์สำหรับการแยกลูปกราวด์ดังนั้นการแยกส่วนของวงจรที่ไวต่อเสียงรบกวนจากแหล่งที่มาของเสียงนั้น (รูปที่ 1)

รูปที่ 1: ตัวแปลง DC-DC พื้นฐานแบบไม่แยก (ด้านบน) เปรียบเทียบกับรุ่นแยก (ด้านล่าง) โดยใช้หม้อแปลงสำหรับการแยกไฟฟ้า (แหล่งรูปภาพ: DigiKey)

คุณสมบัติอีกอย่างของตัวแปลง DC-DC แบบแยกคือเอาต์พุตแบบลอย แม้ว่าตัวแปลงดังกล่าวจะจ่ายแรงดันไฟฟ้าคงที่ระหว่างขั้วเอาท์พุท แต่ก็ไม่มีลักษณะของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดหรือคงที่เมื่อเทียบกับระดับแรงดันไฟฟ้าในวงจรที่แยกออกมา (กล่าวคือเป็น "ลอย") มีตัวเลือกในการเชื่อมต่อเอาต์พุตแบบลอยตัวของตัวแปลง DC-DC แบบแยกกับโหนดวงจรที่ด้านเอาต์พุตเพื่อแก้ไขแรงดันไฟฟ้าซึ่งจะทำให้เอาต์พุตสามารถเลื่อนหรือกลับด้านเมื่อเทียบกับจุดอื่นที่อยู่ในวงจรด้านเอาต์พุต เนื่องจากการแยกวงจรอินพุตและเอาต์พุตผู้ออกแบบต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าวงจรทั้งสองมีการอ้างอิงภาคพื้นดินของตัวเอง

แผ่นข้อมูลสำหรับตัวแปลง DC-DC ที่กำหนดโดยทั่วไปจะแสดงแรงดันไฟฟ้าแยกซึ่งเป็นค่าสูงสุดที่สามารถใช้สำหรับเวลาที่กำหนด (สั้น ๆ) โดยไม่ต้องเชื่อมช่องว่างในปัจจุบัน นอกจากนี้เอกสารข้อมูลยังให้รายละเอียดเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่สามารถทนได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่ทำลายการแยก

การแยกตัวทำให้เกิดการแลกเปลี่ยน ประการแรกตัวแปลงที่แยกได้มักจะมีราคาแพงกว่าเนื่องจากหม้อแปลง (โดยทั่วไปกำหนดเอง) มีราคาแพงกว่าตัวเหนี่ยวนำที่เทียบเท่า (นอกชั้นวาง) ที่ใช้ในรุ่นที่ไม่แยกต่างหาก ยิ่งจำเป็นต้องมีการแยกสูงเท่าไหร่ค่าใช้จ่ายก็จะมากขึ้นเท่านั้น

ประการที่สองตัวแปลง DC-DC ที่แยกได้มักจะมีขนาดใหญ่กว่ารุ่นที่ไม่แยก โดยทั่วไปหม้อแปลงจะมีขนาดใหญ่กว่าตัวเหนี่ยวนำที่เท่ากันและตัวเหนี่ยวนำมีแนวโน้มที่จะทำงานที่ความถี่สวิตชิ่งที่สูงขึ้นซึ่งจะลดขนาดลงเมื่อเทียบกับหม้อแปลง

ประการที่สามประสิทธิภาพการควบคุมและความสามารถในการทำซ้ำประสิทธิภาพจากส่วนประกอบต่อส่วนประกอบของตัวแปลง DC-DC แบบแยกมีแนวโน้มที่จะด้อยกว่าตัวแปลงที่ไม่แยก หม้อแปลงนำเสนอความไร้ประสิทธิภาพบางอย่างเมื่อเทียบกับตัวเหนี่ยวนำและตัวกั้นการแยกจะป้องกันไม่ให้เอาต์พุตถูกตรวจจับโดยตรงและควบคุมอย่างแน่นหนาเพื่อการควบคุมที่ดีขึ้นและประสิทธิภาพชั่วคราว เนื่องจากมีขนาดเล็กกว่าจึงสามารถวางตัวแปลง DC-DC แบบไม่แยกไว้ใกล้กับโหลดเพื่อลดผลกระทบของสายส่งและเพิ่มประสิทธิภาพ นอกจากนี้เนื่องจากหม้อแปลงในตัวแปลงแยกมักเป็นอุปกรณ์ที่ผลิตขึ้นเองจึงไม่มีอุปกรณ์สองตัวที่ให้เอาต์พุตที่เหมือนกันทุกประการ

ในที่สุดหม้อแปลงดังกล่าวยังสามารถขัดขวางกระบวนการประกอบปริมาณสูงที่มีประสิทธิภาพ โปรไฟล์ของตัวแปลง DC-DC แบบแยกที่มีหม้อแปลงทำให้ไม่เหมาะสำหรับการประกอบอัตโนมัติโดยกำหนดว่าจะต้องเพิ่มลงใน PCB ด้วยมือ

การเลือกตัวแปลง DC-DC แบบแยก

หากแอปพลิเคชันของนักออกแบบต้องการการแยกออกจากกันด้วยเหตุผลด้านความปลอดภัยหรือเหตุผลอื่น ๆ ก็จะต้องมีข้อยกเว้นที่อธิบายไว้ก่อนหน้า การวิจัยส่วนประกอบอย่างขยันขันแข็งสามารถเปิดเผยโซลูชันใหม่ ๆ ที่ได้รับการออกแบบมาเพื่อลดผลกระทบจากการประนีประนอมในการออกแบบ

ตัวอย่างเช่น Murata เพิ่งเปิดตัว NXE (รูปที่ 2) และ NXJ2 ซีรีส์ ตัวแปลง DC-DC แบบแยก สิ่งเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อจัดการกับความท้าทายดั้งเดิมบางประการที่นำเสนอโดยตัวแปลง DC-DC แบบแยก

รูปที่ 2: ตัวแปลง DC-DC แบบแยก NXJ2 และ NXE ของ Murata (ดังที่แสดง) ประกอบด้วยหม้อแปลงที่ฝังอยู่ภายในวัสดุพิมพ์ของส่วนประกอบเพื่อลดขนาดของผลิตภัณฑ์ (แหล่งรูปภาพ: Murata Electronics)

NXE ซีรี่ส์มีกำลังไฟสูงสุด 2 วัตต์พร้อมตัวเลือกอินพุต 5 และ 12 โวลต์และตัวเลือกเอาต์พุต 5, 12 และ 15 โวลต์ กระแสอินพุตและเอาต์พุตจะแตกต่างกันไปตามแรงดันไฟฟ้า แต่มีตั้งแต่อินพุต 542 มิลลิแอมป์ (mA) / เอาต์พุต 400 mA สำหรับผลิตภัณฑ์ 5/5 โวลต์ถึง 205/133 mA สำหรับผลิตภัณฑ์ 12/15 โวลต์ กลุ่มผลิตภัณฑ์มีการสลับความถี่ตั้งแต่ 100 ถึง 130 กิโลเฮิรตซ์ (kHz) ขึ้นอยู่กับรุ่น

ในทำนองเดียวกัน NXJ2 ซีรีส์คือดีไซน์ 2 วัตต์พร้อมตัวเลือกอินพุต 5, 12 และ 24 โวลต์และตัวเลือกเอาต์พุต 5, 12 และ 15 โวลต์ กระแสอินพุตและเอาต์พุตมีตั้งแต่อินพุต 550 mA/เอาต์พุต 400 mA สำหรับผลิตภัณฑ์ 5/5 โวลต์ถึง 105/133 mA สำหรับผลิตภัณฑ์ 24/15 โวลต์ ผลิตภัณฑ์มีความถี่ในการเปลี่ยนความถี่ตั้งแต่ 95 ถึง 140 kHz

ตัวแปลง DC-DC แบบแยกของ Murata สามารถรับมือกับความท้าทายของการผลิตอัตโนมัติโดยการฝังหม้อแปลงลงในวัสดุพิมพ์ของอุปกรณ์ หม้อแปลงถูกสร้างขึ้นจากชั้นอื่นของ FR4 ซึ่งมักใช้ลามิเนตอีพ็อกซี่เสริมกระจกเป็นฐานสำหรับแผงวงจรพิมพ์และทองแดงเพื่อสร้างขดลวดรอบแกนฝังตัว โครงสร้างหม้อแปลงแบบฝังถูกอ้างว่าช่วยกระจายความร้อนและเพิ่มประสิทธิภาพในการทำซ้ำระหว่างส่วนประกอบต่าง ๆ

ผลลัพธ์คือขนาดเล็ก (ต่ำกว่า 4.5 มม. (มม.)) ขนาดกะทัดรัด (15.9 x 11.5 มม. สำหรับรุ่น 5 และ 12 โวลต์และ 16 x 14.5 มม. สำหรับรุ่น 24 โวลต์) เหมาะสำหรับบรรจุภัณฑ์แบบเทปและม้วนสามารถ ดึงขึ้นโดยหัวดูดสูญญากาศของเครื่องจัดวางอัตโนมัติ (รูปที่ 3)

รูปที่ 3: ตัวแปลง DC-DC แบบแยก NXE อยู่ในแพ็คเกจขนาดกะทัดรัดที่สามารถป้อนเทปและรีลและวางบนบอร์ดพีซีโดยอุปกรณ์ประกอบอัตโนมัติ (แหล่งรูปภาพ: Murata Electronics)

การออกแบบหม้อแปลงแบบฝังส่งผลให้มีประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ดีเมื่อเทียบกับการออกแบบแยกอื่น ๆ โดยทั่วไปแล้วตัวแปลง DC-DC แบบแยกจะทำงานในช่วงประสิทธิภาพ 55 ถึง 85% เมื่ออยู่ภายใต้การโหลดเต็มที่ NXE Series และ NXJ2 Series มีประสิทธิภาพประมาณ 72% ภายใต้โหลด 100% พร้อมเอาต์พุต 5 โวลต์เพิ่มขึ้นถึง 76% สำหรับเอาต์พุต 15 โวลต์และมีประสิทธิภาพ 78% สำหรับเอาต์พุต 24 โวลต์

โดยทั่วไปแล้วตัวแปลง DC-DC แบบแยกจะขาดการควบคุมที่แม่นยำตามแบบฉบับของผลิตภัณฑ์ที่ไม่แยกต่างหากเนื่องจากไม่มีวงจรป้อนกลับทางไฟฟ้าระหว่างเอาต์พุตและอินพุต สำหรับซีรีส์ NXE การควบคุมสายคือ 1.15%/% และการควบคุมโหลดอยู่ระหว่าง 7 ถึง 11% การควบคุมสายของ NXJ2 คือ 1%/% typ สำหรับอินพุต 24 โวลต์และ 1.1%/% typ สำหรับอินพุตประเภทอื่น ๆ ทั้งหมด ความแม่นยำของค่าแรงดันไฟฟ้าขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้าขาออกและอุปกรณ์ NXE หรือ NXJ2 ที่เลือก ตัวอย่างเช่น NXE2S1215MC อินพุต 12 โวลต์/โซลูชันเอาต์พุต 15 โวลต์มีการเปลี่ยนแปลง -2 ถึง -6% เมื่อเทียบกับจุดที่กำหนดที่กระแสโหลดเอาต์พุตเต็มที่ (รูปที่ 4)

รูปที่ 4: ตัวแปลง DC-DC แบบแยกขาดการควบคุมที่แม่นยำตามแบบฉบับของตัวแปลง DC-DC แบบไม่แยก ความแม่นยำของค่าแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับกระแสโหลดเอาต์พุต ตัวอย่างที่นี่แสดงความแม่นยำของแรงดันเอาต์พุตเทียบกับค่าที่ตั้งไว้สำหรับโหลดที่แตกต่างกันสำหรับ NXE2S1215MC ซึ่งเป็นอินพุต 12 โวลต์/เอาต์พุต 15 โวลต์ของ Murata ที่แยกตัวแปลง DC-DC (แหล่งรูปภาพ: Murata Electronics)

การทำความเข้าใจข้อกำหนด

การแยกอินพุตจากเอาต์พุตด้วยไฟฟ้ามักเป็นข้อกำหนดด้านกฎระเบียบทำให้วิศวกรต้องมีความชัดเจนว่ากฎระเบียบใดต้องการสำหรับการออกแบบที่กำหนด อาจเป็นเรื่องยากเนื่องจากข้อมูลอาจทำให้สับสนได้

ตัวอย่างเช่นมาตรฐานการกำกับดูแลจะระบุการแยกที่จำเป็นสำหรับส่วนประกอบและการแยกต่างหากที่จำเป็นสำหรับผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายซึ่งจะแตกต่างกันสำหรับแต่ละประเภท ดังนั้น ยกตัวอย่าง แผ่นข้อมูลจำเพาะสำหรับ ผลิตภัณฑ์ อาจระบุว่าอุปกรณ์สามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าทดสอบการแยก 2.5 ถึง 5 กิโลโวลต์ AC และเป็นไปตามมาตรฐาน ผลิตภัณฑ์ IEC 60950-1 เมื่อสิ่งที่สำคัญกว่าสำหรับผู้ออกแบบคือแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานตัวแยกคือ 150 ถึง 600 โวลต์ AC และเป็นไปตามมาตรฐานส่วนประกอบ IEC 60747-5-5

ควรใช้ความระมัดระวังเกี่ยวกับคำศัพท์ที่ใช้อธิบายระดับการแยกตัว “Basic” คือการแยกชั้นเดียวและ “Double” คือสองชั้น “ Reinforced” เป็นระบบฉนวนเดี่ยวที่เทียบเท่ากับ Double มาตรฐานถือว่าความผิดพลาดเพียงครั้งเดียวสามารถเกิดขึ้นได้ในฉนวนชั้นเดียวดังนั้นผลิตภัณฑ์ที่มีชั้นฉนวนที่สองจะยังคงให้การปกป้อง ที่สำคัญเมื่อมีการกำหนดส่วนประกอบเป็น “Basic” ในมาตรฐานส่วนประกอบจะถูกจัดประเภทว่าไม่เพียงพอสำหรับการป้องกันความปลอดภัย

ลักษณะสำคัญอีกประการหนึ่งของประสิทธิภาพการแยกส่วนประกอบคือระยะห่างและครีเพจ ระยะห่างคือระยะทางที่สั้นที่สุดระหว่างวงจรส่วนประกอบสองชิ้นผ่านอากาศในขณะที่ครีเพจเป็นระยะทางที่สั้นที่สุดบนพื้นผิว

วิธีที่ดีที่สุดที่ผู้ออกแบบสามารถมั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพของตัวแยกคือการตรวจสอบว่าเครื่องแยกตัวมีใบรับรอง VDE และ Underwriters Laboratory (UL) และขอรับสำเนาใบรับรองจริงจากผู้ผลิตเครื่องแยก

ในกรณีของซีรีส์ NXE และ NXJ2 โดยที่ FR4 ให้ฉนวนกั้นระหว่างขดลวดหลักและขดลวดทุติยภูมิของคอนเวอร์เตอร์ทุกชิ้นส่วนได้รับการทดสอบที่ 3 กิโลโวลต์ DC เป็นเวลาหนึ่งวินาทีโดยมีการทดสอบคุณสมบัติตัวอย่างที่ 3 กิโลโวลต์ DC เป็นเวลาหนึ่งนาที ความต้านทานของฉนวนวัดได้ที่ 10 กิกะโอห์ม (GΩ) ที่แรงดันทดสอบ 1 กิโลโวลต์ DC

ซีรี่ส์ NXE และ NXJ2 ได้รับการยอมรับจาก UL ถึง ANSI/AAMI ES60601-1 และมีหนึ่ง MOOP (วิธีการป้องกันตัวดำเนินการ) ตามแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานได้สูงสุด 250 โวลต์ rms ระหว่างขดลวดหลักและรอง UL ยังยอมรับตัวแปลง DC-DC เทียบกับ UL 60950 สำหรับฉนวนเสริมแรงให้มีแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานได้ 125 โวลต์ rms Creepage สำหรับอุปกรณ์ 2.5 มม. และระยะห่าง 2 มม.

การลดการกระเพื่อมของเอาต์พุตและ EMC

การสลับตัวแปลงแรงดันไฟฟ้ามักมีความท้าทายในการออกแบบที่เกี่ยวข้องกับแรงดันไฟฟ้าและการกระเพื่อมของกระแสไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยองค์ประกอบสวิตช์ ตัวแปลง DC-DC แบบแยกจะไม่มีข้อยกเว้น

หากไม่มีวงจรกรองเอาต์พุตระลอกเอาต์พุตโดยทั่วไปจากตัวแปลง NXE DC-DC จะอยู่ที่ประมาณ 55 มิลลิโวลต์ (mV) สูงสุดถึงจุดสูงสุด (p-p) เพิ่มขึ้นสูงสุด 85 mVp-p ตัวเลขที่สอดคล้องกันสำหรับ NXJ2 ซีรี่ส์คือ 70 mVp-p และ 170 mVp-p แม้ว่าค่าเหล่านี้จะยอมรับได้สำหรับแอปพลิเคชันจำนวนมาก แต่ค่าอื่น ๆ ก็ต้องการเอาต์พุตที่มีเสถียรภาพมากขึ้น

วงจรกรองเอาต์พุตที่แสดงในรูปที่ 5 สามารถใช้เพื่อลดกระแสไฟขาออกและการกระเพื่อมของแรงดันไฟฟ้าได้อย่างมาก ค่าของตัวเหนี่ยวนำ (L) และตัวเก็บประจุ (C) แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและขาออกของตัวแปลง DC-DC แต่ตัวอย่างเช่น NXE2S1205MC จาก Murata (อินพุต 12 โวลต์/เอาต์พุต 5 โวลต์) ผลิตภัณฑ์ต้องใช้ตัวเหนี่ยวนำ 22 ไมโครเฮนรี (µH) และตัวเก็บประจุ 10 ไมโครฟารัด (µF) ผลของวงจรกรองเอาท์พุทคือการลดแรงดันไฟฟ้าขาออกและการกระเพื่อมของกระแสไฟฟ้าลงสูงสุด 5 mVp-p

รูปที่ 5: วงจรกรองเอาต์พุตแบบธรรมดาที่มีค่า L และ C ที่เหมาะสมสามารถลดกระแสเอาต์พุตของตัวแปลง DC-DC ที่แยกได้และการกระเพื่อมของแรงดันไฟฟ้าตามลำดับขนาด (แหล่งรูปภาพ: Murata Electronics)

เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดความต้านทานซีรีส์เทียบเท่า (ESR) ของตัวเก็บประจุควรต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้และระดับแรงดันไฟฟ้าควรมีอย่างน้อยสองเท่าของแรงดันเอาต์พุตที่กำหนดของตัวแปลง DC-DC สำหรับตัวเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าที่กำหนดไม่ควรน้อยกว่าเอาต์พุตของตัวแปลง DC-DC ที่กระแสไฟฟ้าที่กำหนดความต้านทาน DC ของตัวเหนี่ยวนำควรเป็นเช่นนั้นแรงดันตกคร่อมตัวเหนี่ยวนำน้อยกว่า 2 เปอร์เซ็นต์ของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของตัวแปลง DC-DC

สามารถเพิ่มวงจรกรองอินพุตเข้ากับ NXE และ NXJ2 ซีรีส์เพื่อลดทอน EMI ได้ดังแสดงในรูปที่ 6 อีกครั้งค่าของ L และ C จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและขาออกของตัวแปลง DC-DC แต่ตัวอย่างเช่นผลิตภัณฑ์ NXE2S1215MC ของ Murata (อินพุต 12 โวลต์/เอาต์พุต 15 โวลต์) ต้องการตัวเหนี่ยวนำ 22 µH และตัวเก็บประจุ 3.3 µF

รูปที่ 6: วงจรกรองอินพุตอย่างง่ายที่มีค่า L และ C ที่เหมาะสมสามารถลดการปล่อย EMI ของตัวแปลง DC-DC ที่แยกได้ให้ต่ำกว่าที่จำเป็นเพื่อให้เป็นไปตามขีดจำกัด EN 55022 (แหล่งรูปภาพ: Murata Electronics)

ดังแสดงในรูปที่ 7 ผลของการกรองทำให้ตัวแปลง DC-DC แบบแยกของ Murata มีคุณสมบัติตรงตามขีดจำกัด EMC Quasi-Peak ของ EN 55022 Curve B อุปกรณ์แผ่ EMI ต้องดีกว่าขีดจำกัดเหล่านี้เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนด EMC ของสหภาพยุโรปปี 2014

รูปที่ 7: ผลกระทบของวงจรกรองอินพุตที่แสดงในรูปที่ 6 คือการลดตัวแปลง DC-DC ที่แยกได้ (ในกรณีนี้คือ NXE2S1215MC) การปล่อย EMI ให้ต่ำกว่าขีดจำกัดที่กำหนดโดย EMC Directive ของสหภาพยุโรป (แหล่งรูปภาพ: Murata Electronics)

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการออกแบบวงจรกรองสำหรับตัวแปลง DC-DC โปรดดูบทความทางเทคนิคจาก DigiKey การเลือกตัวเก็บประจุเป็นกุญแจสำคัญในการออกแบบตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ดี

สรุป

ตัวแปลง DC-DC แบบแยกจะมีบทบาทสำคัญเมื่อข้อบังคับหรือข้อพิจารณาด้านความปลอดภัยต้องการการแยกแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและขาออก อย่างไรก็ตามการแยกตัวโดยใช้หม้อแปลงสามารถทำให้เกิดการประนีประนอมในการออกแบบโดยเฉพาะอย่างยิ่งด้านต้นทุนขนาดความแปรปรวนของประสิทธิภาพและความท้าทายในการประกอบ

วิศวกรจำเป็นต้องตระหนักถึงการประนีประนอมเหล่านี้และออกแบบผลิตภัณฑ์ให้สอดคล้องกัน ตัวอย่างเช่นตัวแปลง DC-DC แบบแยกโดยทั่วไปจะไม่มีลูปป้อนกลับที่ช่วยให้สามารถควบคุมผลิตภัณฑ์ที่ไม่แยกได้อย่างแม่นยำดังนั้นแรงดันไฟฟ้าขาออกอาจแตกต่างกันมากขึ้นตามโหลดจากจุดที่กำหนดมากกว่าส่วนประกอบหลัง

ดังที่แสดงไว้มีโซลูชัน DC-DC ที่แทนที่จะใช้หม้อแปลงที่ติดตั้งบนบอร์ดราคาแพงและเทอะทะให้ใช้ชั้น FR4 และทองแดงสลับกันเพื่อสร้างหม้อแปลงที่ฝังอยู่ในวัสดุพิมพ์ของตัวแปลง ผลลัพธ์ที่ได้คืออุปกรณ์ขนาดกะทัดรัดราคาไม่แพงที่แสดงความสามารถในการทำซ้ำประสิทธิภาพไฟฟ้าแบบส่วนประกอบต่อส่วนประกอบได้ดีขึ้นและสามารถจัดการได้โดยเครื่องจักรจัดวางอัตโนมัติ ตัวแปลง DC-DC ที่แยกได้เหล่านี้ยังเป็นไปตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้องสำหรับการแยกแรงดันไฟฟ้าสูงและการทดสอบฉนวน