4 隔離可改善電氣噪聲抗擾度

PLC 使用 RS485 等數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，也可能采用其他通信協(xié)議，例如 Profibus、Profinet 或以太網(wǎng)協(xié)議。通信網(wǎng)絡(luò)中的遠(yuǎn)程節(jié)點通常會從電氣裝置系統(tǒng)的不同位置汲取功率。由于采用多種非標(biāo)準(zhǔn)接地技術(shù)導(dǎo)致形成多條接地路徑和接地環(huán)路，遠(yuǎn)程電源可能會遭受較大的接地電勢差。如果在發(fā)送器接地和遠(yuǎn)程接收器接地之間通過地線直接連接，則會形成接地環(huán)路。接地環(huán)路電流可能極高，因為它們通過低阻抗接線連接了不同的接地電位。因此，高環(huán)路電流會將電壓引入傳輸信號線路，導(dǎo)致信號失真和數(shù)據(jù)錯誤。通過電隔離打破接地環(huán)路不僅可以防止產(chǎn)生環(huán)路電流，也是一種解決高接地電勢差的可靠方法。電隔離使輸入（參考輸入端的接地）獨立于輸出端的接地，可顯著增強(qiáng)共模抑制并改善噪聲。請務(wù)必在電路板上留出與潛在的有噪聲接地端“隔離”的區(qū)域，更為常用的技巧是通過隔離柵實現(xiàn) 5V 輸入到 5V 輸出。

圖 4-1 推挽式變壓器驅(qū)動器

圖 4-2 Fly-Buck 穩(wěn)壓器

可以采用若干種解決方案，以使用變壓器形成隔離柵。圖 4-1 中的推挽式變壓器驅(qū)動器以 50% 的占空比運(yùn)行，因此變壓器線圈必須進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計，以適應(yīng)特定輸入和輸出電壓。推挽電路也是開環(huán)運(yùn)行，因此無反饋機(jī)制。在某些情況下，次級側(cè)需使用線性穩(wěn)壓器來更好地調(diào)節(jié)輸出電壓。圖 4-2 中所示的 Fly-Buck 穩(wěn)壓器也被稱為非對稱半橋，它與標(biāo)準(zhǔn)降壓穩(wěn)壓器具有相同的傳輸功能，但使用變壓器，這與反激式轉(zhuǎn)換器類似。降壓穩(wěn)壓器的 LC 將 C1 用于輸出大容量電容器，而隔離式變壓器的初級側(cè)為 T1。輸出電壓反映在次級側(cè)，可根據(jù)變壓器的匝數(shù)比得出。R1 和 R2 設(shè)置半橋的占空比，可更加靈活地選擇現(xiàn)成的變壓器匝數(shù)比，以適應(yīng)輸入和輸出電壓。另請注意，F(xiàn)ly-Buck 的頻率可利用 RT 引腳進(jìn)行調(diào)整，并與廣泛的開關(guān)頻率進(jìn)行同步。此處的 Fly-Buck 限制在約 2W，因為在次級側(cè)流經(jīng)二極管的高電流會因損耗而限制調(diào)節(jié)。兩種拓?fù)渚恍枰怦詈掀鳌?/p>

TPS55010 是低電壓 Fly-Buck 的示例。與具有較低 R_ds(on) 的推挽相比，此器件效率更高，并且還使用初級側(cè)反饋來實現(xiàn)磁性元件的靈活性。頻率可在 100kHz 至 2MHz 之間進(jìn)行編程，并通過時鐘引腳與外部時鐘同步。但 TPS55010 是一款受電流模式控制的轉(zhuǎn)換器，因此需要環(huán)路補(bǔ)償。網(wǎng)上的設(shè)計計算器可根據(jù)變壓器和電容器選型幫助選擇補(bǔ)償元件。Fly-Buck 是優(yōu)于推挽的備選方案，可實現(xiàn)更高的效率、更大的輸出電流和更高的穩(wěn)壓精度。

SN6505 是低噪聲推挽驅(qū)動器，用于設(shè)計隔離式電源。這是一款易于使用的 6 引腳器件，比 Fly-Buck 使用的元件數(shù)量少。該器件提供 2 種不同的開關(guān)頻率：140kHz 和 400kHz，可與外部時鐘同步。它還具有內(nèi)置展頻抖動電路，以協(xié)助 EMI 發(fā)射。