使用反激式電源轉(zhuǎn)換器消除工廠中的噪聲
發(fā)布時(shí)間:2021-06-10 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)使用微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和傳感器網(wǎng)絡(luò)來控制機(jī)電流程。這些元件具有高度敏感性,但是卻在充滿來自電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電磁干擾(EMI)和其它各種來源的電氣噪聲環(huán)境中運(yùn)行。
電氣噪聲通常通過工廠自動(dòng)化設(shè)備中的中央直流(DC)電源背板傳輸。隔離變壓器可以去除不必要的噪聲,但是如何在直流電源上使用變壓器呢?使用反激式電源轉(zhuǎn)換器。
隔離式電源可以通過消除接地環(huán)路和相同電源總線上其他設(shè)備造成的瞬態(tài)電壓提供抗噪聲功能。隔離式電源還可以對(duì)敏感元件和人類起到防護(hù)危險(xiǎn)高電壓的作用。反激式轉(zhuǎn)換器是一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì),所含元件很少,為輸入和輸出之間提供了電流隔離。
反激式轉(zhuǎn)換器源自反向降壓-升壓轉(zhuǎn)換器,使用耦合電感器或反激式變壓器(其匝數(shù)比乘以輸入電壓)替代了電感器。圖1為反激式轉(zhuǎn)換器的基本電路圖。當(dāng)MOSFET開關(guān)開啟時(shí),電流開始流動(dòng),初級(jí)線圈中的磁通量增大,在鐵芯中存儲(chǔ)能量。由于變壓器的極性,次級(jí)線圈中的感應(yīng)電壓是負(fù)的,從而使二極管反向偏置,同時(shí)輸出電容器為負(fù)載供電。當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時(shí),初級(jí)線圈的電流和磁通量減少,在次級(jí)線圈產(chǎn)生正電壓,正向偏置二極管,把存儲(chǔ)在鐵芯中的能量轉(zhuǎn)移到負(fù)載上。
圖1:反激式轉(zhuǎn)換器基本電路
反激式轉(zhuǎn)換器通常用在工業(yè)裝置中。一個(gè)典型的應(yīng)用是從24V背板供電的可編程邏輯控制器(PLC)輸入/輸出(I/O)模塊。為了確??煽康男阅?,需要隔離式電源防護(hù)I/O模塊受到噪聲干擾。反激式轉(zhuǎn)換器增加的優(yōu)勢(shì)是能夠提供多種輸出電壓軌——包括正電壓和負(fù)電壓——滿足各種處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和放大器的需求。
為了滿足工業(yè)市場(chǎng)需求和驗(yàn)證反激轉(zhuǎn)換器的用途,TI已經(jīng)發(fā)布了LM3481反激式評(píng)估模塊(EVM),如圖2所示。這種設(shè)計(jì)可以接受5V至32V的寬輸入電壓范圍,提供12V的穩(wěn)定隔離輸出,能夠向負(fù)載提供2A的電流。這使設(shè)計(jì)人員能夠在隔離反激式設(shè)計(jì)中評(píng)估LM3481低側(cè)FET控制器的性能和運(yùn)行。
圖2:LM3481反激式評(píng)估模塊
反激式轉(zhuǎn)換器的一個(gè)常見的缺點(diǎn)是缺乏效率。典型反激式轉(zhuǎn)換器的效率約為60-75%。這主要是由于變壓器中的感應(yīng)損耗和整流二極管的壓降。通過精心設(shè)計(jì)變壓器和選擇開關(guān)頻率,LM3481反激式EVM可以達(dá)到幾乎90%的效率,如圖3所示。
圖3:LM3481反激式EVM的效率
反激式轉(zhuǎn)換器的另一個(gè)重要性能是可以實(shí)現(xiàn)良好的線性穩(wěn)壓,換而言之,轉(zhuǎn)換器面對(duì)波動(dòng)的輸入電壓可以提供穩(wěn)定的輸出電壓。在工業(yè)裝置中,輸入電壓波動(dòng)可能由重負(fù)載開啟和關(guān)閉或變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等因素引起。LM3481反激式EVM可以在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)±0.1%的線性穩(wěn)壓。提供穩(wěn)定的輸出電壓可以保護(hù)關(guān)鍵元件,防止不必要的噪音進(jìn)入電路。
反激式轉(zhuǎn)換器是一種簡(jiǎn)單靈活的轉(zhuǎn)換器,可提供抗干擾和高電壓隔離,能夠解決許多工業(yè)應(yīng)用中的電源設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)。立刻購(gòu)買高效的穩(wěn)壓平臺(tái)LM3481反激式EVM,開始探索隔離式電源的可能性。或者下載參考設(shè)計(jì)來快速創(chuàng)建設(shè)計(jì):
● 多端口隔離式輸出反激式解決方案參考設(shè)計(jì)
● 隔離式53V/400mA輸出反激式解決方案參考設(shè)計(jì)
● 用于激光閃存驅(qū)動(dòng)的低輸入電壓、小尺寸反激式參考設(shè)計(jì)
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