[YJGQDD]分享使用小体积贴片网口变压器做隔离电源
有些小功率的隔离电源对输出功率要求很小，比如就5V,50mA的输出能力就可以。绝缘耐压要求也不高，或者做负电源绝缘耐压几十V就可以了。但是用户希望找一个小体积的隔离变压器，最好还是贴片的方便生产。体积要小是这类应用最大的需求。因此YJGQDD从常规的有2个线圈的器件：贴片共模电感开始测试。 常规的共模电感2个线圈匝数比是1：1的，因此理论上输出电压经过整流滤波后带轻载电压会比输入电压低，输入5V电压，输出带轻载后大概在4.3V左右。我在这个帖子中https://www.amobbs.com/thread-5700598-1-1.html测试了TDK的ACP3225-102-2P-T000贴片电感。输入5V的情况下输出电流可以达到4.8V,100mA。但是需要2MHz的开关频率驱动，静态电流有54mA。静态电流大了意味着大量的能量变成了变压器的热能，变压器容易发烫，电感量会下降，最后容易烧掉变压器。因此并不适合用于隔离电源变压器。后面还测试过几种：DLW21HN181SQ2L：体积是很小，但是静态电流上百mA，无法有效输出电压。SDCW3225S-2-102TF：静态电流也偏大，导致了效率很低，无法实用。 最后找到了这款网口变压器，初级和次级分别由2个线圈，这样方便接成1:2或1：1的匝数比，可以满足几个电压的变换组合。TXF453229NF-351，4.5mm X 3.2mm X2.9mm的尺寸，体积也不大。初级电感量350uH。虽然1：1：1：1的匝数比不能算是最佳的匝数比，不好设计5V输入，稍高于5V的输出的应用。单是好在小体积贴片，静态功耗低，可以使用2MOS或4MOS的驱动方式设计5V输入到12V输入，4V，5V或11V输出等几个电压规格的组合。输出功率建议控制在0.5W以内，在测试阶段因为输出功率在1W以上，变压器温升高而烧掉过变压器。（小体积变压器带来的问题是变压器的最大功率受限制，线比较细，温升高了变压器更容易饱和，漆包线更容易烧）。为了便于说明，设以上网口变压器的匝数为（1-6）脚匝数=（6-2）脚匝数=（5-3）脚匝数=（3-4）脚匝数=Ta匝1号实验板使用的电路如下：2MOS驱动方式
使用电容来对上臂的PMOS做浮动驱动，简化了PMOS在高于驱动芯片供电电压下的驱动电路，缺点是输入电压不能超过15V，否者在快速上电的时候PMOS的G极容易承受VCC电压击穿。测试数据如下：变压器初级通过JP3来选择初级是Ta匝还是2Ta匝。次级的匝数为2Ta匝。JP3上标注的X1表示Ta：2Ta=1:2 。X2表示2Ta：2Ta=1：1小结：对于5V输入，使用2MOS驱动，采用1：2的匝数比，输出可以在4V，20mA以上。静态电流在5mA左右。使用宽脉冲方式驱动就可以了。窄脉冲驱动静态电流优势不大，输出电压偏低。12V输入情况测试：总结：变压器1W输出时温升明显，不建议长期使用，建议50mA，0.5W以内的输出功率比较合适。使用2MOS驱动的方式适合做B1205模块使用，最大输出50mA，5V。使用100KHz和250Khz效率和输出电压相差不大，建议使用250KHz驱动。纹波测试：
12Vin，10mA输出，X1档，250KHz，宽脉冲模式；纹波5.6mV：12Vin，50mA输出，X1档，250KHz，宽脉冲模式；纹波8.4mV：关于使用电容驱动PMOS的方案的快速上电时PMOS的Vgs波形：可以看到上电瞬间Vg还有一个比输入电压还高一些的负电压脉冲，当输入电压大于15V时，Vgs电压可能会超过PMOS管允许的-20V电压，照成PMOS击穿损坏。驱动芯片FFMS-ADJ1的PMOS驱动脚波形：可以看到上电瞬间因为IO内部有二极管，因此IO上电没有像PMOS一样的尖峰。快速上电时的电压差完全由PMOS的Vgs承受了，要是PMOS的Vgs加TVS钳位，那么剩下的电压就由驱动芯片的IO承受。2号实验板采用4MOS驱动方式。
变压器匝数比为1：2。从效率来说适合3.3V转5V的应用，稳压后的输出效率会高一些。板子使用BAT54SDW的SOT-363封装的200mA，内含4个肖特基管子组成全桥整流。体积小，但是相同输出电流时压降要比4个1A的肖特基大的多。2号板子适合要求小体积，10几个mA输出的应用。驱动侧使用的2个SOT23-6封装的集成PMOS+NMOS的管子在5V输入时使用FFTG0616变压器可以驱动2W以上的输出功率。因此要求多路小电流的隔离输出应用。可以采用一个驱动电路驱动多个TXF453229NF-351网口变压器+整流滤波的方案，这样每路隔离电源占板面积和高度都很小。小结：3.3V转5V输出，最大输出电流20mA。LDO上的压降也很小，稳压后的效率有64%。5V转5V输出，最大输出50mA，但是LDO上的压降有有3.13V，因此稳压后的效率只有42%。纹波测试：因为2号小板使用4.7uF 0402电容作为整流后的滤波电容，因此整流输出后的纹波电压远大于10uF0805的滤波电容。不考虑体积的情况下建议使用0805及以上的10uF贴片电容优于0603或0402等小封装的贴片电容滤波效果。3.3V输入，10mA输出的纹波：27.4mV
5V输入，10mA输出的纹波：37.4mV：3号实验板使用74LVC2G14的门电路驱动网口变压器3号实验板相当于4MOS的驱动方式，需要外部提供1路PWM信号。另外一路反向的PWM信号由门电路自己的一个非门产生。对于LVC系列大电流输出的非门来说，输入3.3V，输出5V时，最大输出电流小于10mA。输入5V,输出5V的应用，最大输出电压为30mA，并且效率只有40%左右。3号板子的优势是利用一个SOT-363小封装的非门就完成的4MOS驱动方式，适合用于MCU侧需要增加一路隔离的485，由MCU的一个IO提供PWM信号给非门，非门驱动网口变压器，输出整流使用的BAT54SDW也是小封装的肖特基。整体个隔离电源的体积比B0505小，MCU停止输出PWM信号时，此时整个隔离电源的功耗为0，关闭隔离部分不需要增加额外的MOS管。对比成品模块在小电流输出时的效率
资料下载：https://pan.baidu.com/s/1v06v1tIScTztJH40D5H-QA提取码：5bdw淘宝链接：https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.3-c-s.w4002-17841598729.45.8d0c6cb90ZZFD4&id=615753171954
本帖最后由 coffeerr2004 于 2020-4-5 13:50 编辑
我以前实验过一个方法，在普通的非隔离dcdc电感上， 用漆包线绕一些匝数， 然后再稳压，可以产生1mA左右稳定的隔离电源， 给低功耗的运放啥的使用是可以的。
就是主dc-dc这种电感， 再加扰是比较容易的。 还不如自己随便绕一个，又不是难事，电流大点虽然用不了那么大，但是会更可靠些 硬件狗钱多多{:titter:} {:titter:} coffeerr2004 发表于 2020-4-5 13:44
我以前实验过一个方法，在普通的非隔离dcdc电感上， 用漆包线绕一些匝数， 然后再稳压，可以产生1mA左右稳 ...
这样做体积就会比较大，有人需要小体积的，这个贴片网口变压器刚好静态电流低，又是成品不用定制。 shhludb 发表于 2020-4-5 13:57
还不如自己随便绕一个，又不是难事，电流大点虽然用不了那么大，但是会更可靠些 ...
使用磁环是可以分分钟绕一个满足需求的。但是有人需要小体积的，又是要成品，好买的，自己绕用于成品就不现实。这就是难事了。 学习了，有时间尝试一下 很好的推荐，谢谢楼主！
这个东西比较尴尬的地方是初次级虽然隔离了，但是隔离耐压太低了，限制了应用场合，但是贴片封装，非常方便生产。
一直在寻找可以隔离220V的这种贴片变压器。 ilikemcu 发表于 2020-4-5 21:35
很好的推荐，谢谢楼主！
这个东西比较尴尬的地方是初次级虽然隔离了，但是隔离耐压太低了，限制了应用场合 ...
有没有找到,一直以为应该有这样的成品贴片变压器卖, cnxh 发表于 2020-4-6 06:38
有没有找到,一直以为应该有这样的成品贴片变压器卖,
要是找到了，我还问啥啊？直接发链接或者厂家就得了哈。找到的都是插件式的，这个共模电感到处都是。 ilikemcu 发表于 2020-4-6 14:46
要是找到了，我还问啥啊？直接发链接或者厂家就得了哈。找到的都是插件式的，这个共模电感到处都是。 ...
你需要的耐压是多少V的？期望体积多大以内？输入电压，输出电压，输出电流多大？一年用量有多少？
我之前问他们能不能做，厂家看不到量，没兴趣弄。传统变压器的生产模式是定制型的，一个大客户一年一款变压器就几十万个的量比小客户定制几十款变压器收益高，投入技术支持少。我看后面可以尝试下论坛上搞个贴片小变压器团购，先把参与者前期的量集中起来去问厂家定制采购，不知道有多少人有兴趣参与。 认真学习一下，谢谢分享 hailing 发表于 2020-4-6 18:45
你需要的耐压是多少V的？期望体积多大以内？输入电压，输出电压，输出电流多大？一年用量有多少？
我之前 ...
达到220V安全隔离，低了意义就不大了。体积其次，方便贴片就行。反正搞不到我就继续用直插的，就是焊接起来有点烦。 ilikemcu 发表于 2020-4-6 20:00
达到220V安全隔离，低了意义就不大了。体积其次，方便贴片就行。反正搞不到我就继续用直插的，就是焊接起 ...
220V安全隔离这个太宽泛了，我之前做电能表，默认的安全隔离耐压是4KVAC，但是隔离模块99%就3KV DC的标准，折合交流耐压就2KV多一点，远低于4KVAC的要求。 共模电感磁导率太大易饱和，有一种叫耦合电感的，效果会好很多。
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