Industriel automation fremmes gradvist, med udviklingen og brugen af industriel automation afsløres flere og flere industrielle automationsproblemer. For at forbedre din forståelse af industriel automation vil denne artikel give et overblik over, hvordan man fjerner elektrisk støj i industrielle automationssystemer. Hvis du er interesseret i, hvad denne artikel skal udforske, så læs videre. Hvis du har en stærk interesse for viden om industriel automatisering, kan du henvende dig til de redaktionelle tidligere artikler Oh.
Industrielle automationssystemer bruger mikroprocessorer, digitale signalprocessorer (DSP'er) og sensornetværk til at styre elektromekaniske processer. Disse komponenter er meget følsomme, men fungerer i et miljø fyldt med elektrisk støj fra motordrev, elektromagnetisk interferens (EMI) og forskellige andre kilder.
Elektrisk støj transmitteres typisk gennem den centrale jævnstrøms (DC) strømbagplan i fabriksautomationsudstyr. Isolationstransformatorer kan fjerne uønsket støj, men hvordan bruger man en transformer på en jævnstrømsforsyning? Brug en flyback-strømomformer.
Isolerede strømforsyninger kan give støjimmunitet ved at eliminere jordsløjfer og transienter forårsaget af andre enheder på den samme strømbus. Isolerede strømforsyninger kan også give beskyttelse mod farligt høje spændinger for følsomme komponenter og mennesker. Flyback-konverteren er et simpelt design, der indeholder få komponenter og giver strømisolering mellem input og output.
Flyback-konvertere er afledt af reverse buck-boost-konvertere og bruger koblede induktorer eller flyback-transformatorer (hvis omdrejningsforhold multipliceres med indgangsspændingen) i stedet for induktorer. Figur 1 viser det grundlæggende kredsløbsdiagram for en flyback-konverter. Når MOSFET-kontakten er tændt, begynder strømmen at flyde, og den magnetiske flux i primærspolen stiger og lagrer energi i kernen. På grund af transformatorens polaritet er den inducerede spænding i sekundærspolen negativ, hvilket bevirker, at dioden bliver omvendt forspændt, mens udgangskondensatoren leverer belastningen. Når kontakten er lukket, falder strømmen og fluxen i primærspolen, hvilket skaber en positiv spænding i sekundærspolen, forspænder dioden og overfører energien lagret i kernen til belastningen.
Figur 1: Grundkredsløb for en flyback-konverter
Flyback-konvertere er almindeligt anvendt i industrielle installationer. En typisk applikation er programmerbar logisk controller (PLC) input/output (I/O) moduler, der får strøm fra et 24V backplane. For at sikre pålidelig ydeevne kræves isolerede strømforsyninger for at beskytte I/O-modulerne mod støj. Flyback-konvertere tilføjer fordelen ved at være i stand til at levere en række udgangsspændingsskinner - både positive og negative - for at imødekomme behovene hos en lang række processorer, felt-programmerbare gate-arrays (FPGA'er), analoge-til-digitale omformere (ADC'er) og forstærkere.
For at imødekomme industrielle markedsbehov og for at validere brugen af flyback-konvertere har TI frigivet LM3481 flyback-evalueringsmodulet (EVM), vist i figur 2. Dette design accepterer et bredt indgangsspændingsområde på 5V til 32V, giver et stabiliseret isoleret output på 12V og er i stand til at levere 2A strøm til belastningen. Dette gør det muligt for designere at evaluere ydeevnen og driften af LM3481 low-FET-controlleren i et isoleret flyback-design.
En almindelig ulempe ved flyback-konvertere er deres manglende effektivitet. Typiske flyback-konvertere har en effektivitet på omkring 60-75%. Dette skyldes primært induktive tab i transformeren og spændingsfaldet over ensretterdioden. Ved omhyggeligt design af transformeren og valg af omskiftningsfrekvens kan LM3481 flyback EVM opnå næsten 90 % effektivitet, som vist i figur 3.
Figur 3: Effektivitet af LM3481 Flyback EVM'er
En anden vigtig ydeevne ved en flyback-konverter er, at den kan opnå en god lineær spændingsregulering, med andre ord kan konverteren give en stabil udgangsspænding i forhold til fluktuerende indgangsspænding. I industrielle installationer kan udsving i indgangsspændingen være forårsaget af faktorer som f.eks. tunge belastninger, der tænder og slukker, eller motordrev med variabel frekvens. LM3481 flyback EVM kan opnå ±0,1 % lineær spændingsregulering over et bredt indgangsspændingsområde. At levere en stabil udgangsspænding beskytter kritiske komponenter og forhindrer uønsket støj i at trænge ind i kredsløbet.
Flyback-konvertere er enkle og fleksible konvertere, der giver immunitet over for interferens og højspændingsisolering, hvilket løser udfordringerne ved strømforsyningsdesign i mange industrielle applikationer. Køb LM3481 Flyback EVM, en højeffektiv spændingsregulatorplatform, i dag og begynd at udforske mulighederne for isolerede strømforsyninger!