### 14. 隔离电源模块

#### 模块描述
隔离电源模块通过变压器或光耦实现输入输出电气隔离，隔离电压可达1000V-5000V。采用反激、正激、推挽等隔离拓扑，或成品隔离DC-DC模块（如B0505S、MGJ6D）。隔离电源可消除地环路干扰、提供安全隔离、实现不同地电位系统的互连。在电赛中用于信号隔离、高压侧采样、多系统互连、工业通信等场合，是安全和抗干扰的关键技术。

#### 工作原理
```
[输入] → [隔离DC-DC] → [隔离输出]
  12V      变压器隔离      12V
           ↓
    [原边]   [副边]
    PWM开关   整流滤波
      ↓         ↓
    [反馈光耦隔离]
      ↑         ↓
    [PWM调节]  [误差放大]

反激隔离拓扑：
开关导通：原边电感储能，副边二极管截止
开关关断：原边能量转移到副边，输出电容充电
隔离：变压器原副边完全隔离，无电气连接
反馈：TL431+光耦隔离反馈，调节输出电压

其他隔离方案：
正激：适合大功率，效率高
推挽：双管推挽，变压器利用率高
LLC谐振：高效率，软开关
```

#### 技术指标
- **成品模块**: B0505S-1W, MGJ6D-12V (6W), LMR50-24 (50W)
- **输入电压**: 5V/12V/24V (标称)，范围±10%
- **输出电压**: 5V/12V/24V单路或±12V双路
- **输出功率**: 1W-50W (常用)
- **隔离电压**: 1000V-5000V DC
- **效率**: 75-90% (取决于功率和拓扑)
- **纹波**: <100mV (1W模块), <50mV (高端模块)
- **工作频率**: 50kHz-500kHz
- **温度范围**: -40°C至+85°C
- **MTBF**: >100万小时

#### 接口管脚定义（B0505S示例）
| 管脚 | 名称 | 功能 | 说明 |
|------|------|------|------|
| 1 | -Vin | 输入负 | 输入地 |
| 2 | +Vin | 输入正 | +5V输入 |
| 3 | -Vout | 输出负 | 隔离地 |
| 4 | +Vout | 输出正 | +5V隔离输出 |

#### 板上设置和信号指示
- **输入滤波**: 100μF电解+100nF瓷片
- **输出滤波**: 100μF电解+100nF瓷片
- **隔离模块**: DIP或SMD封装隔离DC-DC
- **隔离间隙**: PCB上输入输出间隔>5mm
- **爬电距离**: 符合安规要求（隔离电压/V × 2mm）
- **LED指示**: 输入侧和输出侧独立指示
- **测试点**: 隔离前后电压测试点
- **安装**: 模块加导热硅胶固定

#### 电气指标
- **输入范围**: ±10% (如4.5-5.5V for B0505S)
- **输出精度**: ±5% (无反馈), ±1% (带反馈)
- **负载调整率**: <3% (10%-100%负载)
- **线性调整率**: <1%
- **隔离电压**: 1000V DC (基本隔离), 3000V (加强隔离)
- **隔离电容**: <100pF (输入-输出)
- **隔离电阻**: >10^9Ω
- **纹波噪声**: <1% Vout (峰峰值)
- **效率**: 78-85% (1W), 85-90% (10W+)
- **短路保护**: 持续短路保护
- **过载保护**: 130-150%额定功率

#### 使用说明
1. **模块选择**: 根据功率、隔离电压、输入输出电压选型
2. **输入滤波**: 输入端并联电容，减小纹波和EMI
3. **输出滤波**: 输出端并联电容，改善负载瞬态响应
4. **散热**: >5W功率需加散热片或风冷
5. **隔离测试**: 万用表测输入输出间电阻应>10MΩ
6. **耐压测试**: 用耐压测试仪测试隔离电压
7. **负载测试**: 阶跃负载测试输出稳定性
8. **EMC**: 输入输出加共模电感和磁珠

#### 全国大学生电子设计竞赛相关赛题
- **2019年C题**: 线路负载及故障检测装置（高压侧隔离）
- **2017年A题**: 微电网模拟系统（多系统隔离）
- **2013年A题**: 单相AC-DC变换电路（高低压隔离）
- **2011年**: 数据采集系统（信号隔离）
- **历年**: 工业控制、高压测量类题目

#### 应用技术要点总结
1. **隔离作用**: 打断地环路、防止共模干扰、提供安全隔离
2. **功率选择**: 留20-30%余量，避免过载降额
3. **并联扩流**: 输出并联需均流电阻或用均流模块
4. **串联升压**: 输出串联可得更高电压（注意隔离）
5. **双路输出**: ±12V双路供运放等差分电路
6. **反馈隔离**: 输出可调需光耦+TL431隔离反馈
7. **通信隔离**: RS485/CAN配合隔离电源实现完全隔离
8. **EMC设计**: Y电容、共模电感抑制传导干扰

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