使用板安装转换器满足隔离式和非隔离式 AC/DC 及 DC/DC 电源的要求

现代配电系统通常需要隔离式和非隔离式 AC/DC 和 DC/DC 电源转换器的复杂组合。隔离式转换器主要用于在发生单个或多个故障时保护系统和用户；还需要为被隔离的子功能供电，以保持信号完整性。

原则上，使用先进的 IC 可以轻松设计功率在 1000 瓦左右的中低功率转换器，并可通过不同的架构实现不同的性能权衡。然而实际上，转换器的开发和验证工作却远非如此简单。你至少必须满足一组基本的功能性能要求，包括额定输出电压和电流、效率、瞬态响应、物理尺寸以及线路、负载和电源的故障保护。

设计挑战并不仅仅局限于基础知识。目前需要遵守一系列强制监管要求，涵盖安全性能、不同负载水平下的效率、关断性能、热性能、电磁干扰 (EMI) 发射和抗扰度等。这些属性必须由认证测试实验室进行验证，这会大幅增加设计时间。简单的自主研发方案很快就会造成极高风险，你很快就会发现，在自主研发还是外购选择上，会很快倾向于后者。

如果你还心存疑虑，不妨考虑下转换器还必须具备电隔离功能。虽然这是几乎所有 AC/DC 转换器的共同要求，但某些 DC/DC 转换器也需要电隔离。这一要求引入了新的法规、安全及认证强制规范，使自研和外购的决策进一步倾向于购买，无论电源规格如何。

好消息是，电路板安装式隔离和非隔离电源转换器有多种额定电压和额定电流可供选择。这些产品大大简化了国防、通信、测试和测量（隔离式）以及移动机器人（非隔离）等应用领域的产品设计和部署，且可组合使用以实现配电功能。

这类转换器实现了即插即用，可以插接在主印刷电路板（PC 板）上，且具体位置针对配电轨进行了优化。此外，这类转换器不需要独立的支撑或支架。简单来说，这类产品可作为一种封闭、完整的即插即用解决方案，直接实现电源功能。

电隔离的基础知识

电隔离是一种电气屏障，用于防止信号路径或电源路径的两端之间形成导电（"欧姆"）路径。然而，这种屏障仍必须允许能量和电力通过其他传输方式传递。信号、电源或两者都需要进行隔离，但具体取决于设计。所用的隔离技术取决于被隔离电流的具体规格。

需要电隔离的原因很多。对于信号而言，电隔离可以提高传感器的完整性，消除接地回路，或在发生故障时保护用户和电路，防止电流流入信号路径。

在电源方面，主要是为了确保用户安全，防止因不慎接触 AC 电线或高压 DC 电源而触电。电隔离还满足用于非电源信号的“浮动”电路要求，即不与电路接地连接。

一般来说，电隔离是一种根据 Kirchhoff（基尔霍夫）电流定律 (KCL) 确定电流流向的方法。任何电流的流动都必须有一条返回源头的路径，而电隔离的作用就是切断这条路径。在可能发生电击的情况下，电源中的隔离变压器（图 1，右）会切断通过用户并返回地的完整的故障电流路径（图 1，左）。

图 1：为防止触电，电源中的隔离变压器（右）切断了通过用户并返回地（左）的故障电流路径。(图片来源：Lumen Learning）

在一种常见的电击情况下，绝缘层出现磨损后，会使带电/发热的电源线直接接触到设备的金属外壳。即使该设备仍能正常运行，但如果接地/接地连接断开（这是常见情况），故障电流会通过用户流向大地，而不是安全地通过接地线，用户此时就可能遭受电击。

为了管控这种风险，电源中的隔离功能会切断原始电压源和设备之间的电流路径。这样，就能防止它们之间形成回路，即使线路故障也能消除电击危险。

请注意，风险电压包括 AC 线电压和与之相当的 DC 电压，例如多芯电池组的电压。大多数监管标准将危险电压定义为高于 60 伏的电压，具体数据取决于实际情况和电压类型。

电源隔离几乎都是通过变压器的磁耦合实现。磁耦合具有电气效率优异、技术实用性强、应用灵活、可靠性高、易于定制，并能同时满足法规和电路要求。

优质方案选择众多的原因

由于现代系统使用多种电源轨，因此在配电规划中不乏架构选择。然而，当电路的某些部分必须隔离，而其他部分不需要隔离或禁止隔离时，选择合适的电源转换器就极具挑战性。

在某些情况下，高压 AC/DC 或 DC/DC 电源轨不需要隔离，却需要在配电链路的更下游位置实现隔离。设计人员必须做出的决定包括：是采用单个大容量隔离电源，还是多个小容量隔离电源；以及是否只在需要的位置使用隔离电源，而在其他位置使用非隔离电源（图 2）。

图 2：完整的系统级配电架构通常需要隔离和非隔离式 AC/DC 及 DC/DC 电源转换器组合。(图片来源：TDK-Lambda）

为满足这些需求，TDK-Lambda 提供各种板载降压/升压（降压/升压）隔离式和非隔离式 AC/DC 及 DC/DC 电源转换器，提供多种输入/输出额定电压和额定电流选择。具体包括：

隔离式 AC/DC： PFE500F-28/T 是单输出、28 伏/18 安培 (A) 转换器，用于 85 至 265 伏交流 (VAC) 输入。该转换器采用 122 × 70 × 12.7 mm 全砖封闭式模块，具有 3000 伏 VAC 输入输出隔离能力，适用于无法进行对流或强制风冷的环境。

非隔离式 AC/DC： PF1500B-360 封闭式模块也是全砖尺寸，可将 AC 输入转换为 360 VDC 稳压输出，适用于搭载隔离式高压 DC/DC 变换器的分布式电源系统，或需要高压供电的负载。在 170 至 265 VAC 输入电压下，其额定功率为 1512 瓦；在 85 至 265 VAC 输入电压下，额定功率为 1008 瓦。该模块的功率因数为 0.98，效率高达 96.5%。

隔离式 DC/DC： GQA2W024A050V-007-R 隔离式 DC/DC 转换器体积小巧、采用四分之一砖封装、性能卓越，可输出 120 瓦功率，其输入输出隔离电压高达 3000 VDC。该转换器的工作输入电压范围为 9 V 至 36 V，可在 24 A 电流下输出 5 V 电流。其机械封装提供底板式、密封式、灌封式等多种结构配置（见图 3），可通过外部冷板或散热器进行对流冷却与传导冷却。

图 3：GQA2W024A050V-007-R 转换器提供多种封装配置选择，可为设计人员的整体封装设计和转换器冷却带来极高的灵活性。(图片来源：TDK-Lambda）

非隔离式 DC/DC： I6A24014A033V-003-R 非隔离式负载点 (PoL) DC/DC 转换器非常适合从 12 VDC 或 24 VDC 电源创建高电流输出电压轨。该转换器的输入电压范围为 9 V 至 40 V，输出电流高达 14 A，输出调节范围为 3.3 V 至 24 V，采用 1/16 砖紧凑型封装。

结语

TDK Lambda 提供隔离式和非隔离式 PC 板安装转换器，适用于各种拓扑结构和输入输出电压规格。由此形成一套优化型高性能现货变换器，以满足各类电源配置方案的需求。