PLC I / O模块的隔离电源

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大家好! 欢迎观看此培训视频,了解 PLC I/O 模块的 隔离式电源。 本培训分为三个部分, 第一部分是简介,说明在何处以及为何使用 隔离式电源,第二部分是要构建隔离式电源 有哪些不同的选择? 本培训的主要阐述 Fly-Buck 拓扑。 本培训将讨论该拓扑的工作 原理并讨论如何正确选择 占空比。 最后,将讨论漏电感的一些影响。 我们常常使用隔离式电源 将 PLC 模块的输入级与主系统隔离。 这可防止多种问题,例如防止产生可能 破坏模块或主系统的接地回路或冷凝电流。 通常对于这些模块,只需有限的电源。 隔离侧所需的典型电源阵列 对于多路复用器或运算放大器 为正负 15 伏,而对于 ADC、基准 或数字隔离器为正 5 伏或 3.3 伏。 可以通过不同方式实现电源额定值。 这则示例展示了以下解决方案。 为了生成在次级侧有两个绕组的 正 15 伏电源变压器,它将一个绕组 用于正 15 伏,一个绕组用于负 15 伏。 随后,使用直流/直流转换器从正 15 伏中 生成正 5 伏轨。 除了调节和稳定 正负 15 伏轨,使用了两个 LDO。 可以通过若干种不同的 拓扑实现隔离式电源。 典型的选择是推挽拓扑, 这是一种易用的拓扑,并且成本很低。 然而,它不能提供任何调节。 对于匝数比很高的变压器, 这尤其关键。 另一个选择是反激式拓扑。 它通常用于较高的功率级别。 然而,它只有一个初级开关, 电压范围较宽且具有良好的调节, 因此它在总体上是极好的拓扑。 但是,对于反激式拓扑,它需要一个光耦合器, 该部件易于成为系统的弱点, 容易首先损坏。 反激式拓扑的良好替代选项 是 Fly-Buck 拓扑。 Fly-Buck 用于低功率,具有初级侧 调节,这意味着无需光耦合器。 它具有非隔离式和隔离式输出。 具有很宽的输入范围,但是它的调节性不佳。 在这种情况下,调节性不佳意味着大约为正负 5%。 此外,还有其他拓扑,例如有源钳位、半桥 和全桥。 但是,对于这些 PLC 模块所需的功耗要求而言, 这些拓扑通常规模过大。 现在,我想多谈一点Fly-Buck 拓扑、 它的工作原理以及一些重要事项。 首先谈论的是这种拓扑本身。 我们采用标准降压转换器, 它具有以下输出电压。 随后我们采用电感器、二极管和 电容器的组合。 我们将这两者与一对电感器组合到一起。 这将产生右下方所示的 以下等式。 现在,我们指定一个特定的变压器绕组比。 因此,我们的次级输出电压结果 为初级电压乘以变压器 绕组比再减去次级侧二极管的 电压。 我们稍微多讲一点Fly-Buck 的工作原理。 在导通期间,开关 S1闭合而开关 S2 打开。 这意味着电流正在 流经初级电感器,对电容器充电。 然而,因为次级二极管 D1 已反向偏置, 所以在次级侧没有电流在流动。 现在,在 t 关断期间,S1 开启而 S2 关闭。 这意味着,次级电感器上的电压已反向, 因此次级电感器的电压也会反向。 电流在次级侧流动。 我们看一看电流图。 这意味着在 t 导通期间,初级电流始终 在增大,直到开关 S1 打开 且开关 S2 闭合为止。 然后,电流在次级侧流动 而在初级侧减小, 直到整个循环结束,然后 t 再次导通。 对于 Fly-Buck,您应该始终尝试 将占空比保持在40% 到 60% 的范围内。 在此,我想解释一下其原因。 在 Fly-Buck 拓扑中,关断期间会 传输次级侧所需的 所有能量。 这意味着负载周期更长, 因此导通时间也更长, 剩余让能量从初级侧传输到次级侧的 时间将减少。 这将产生很大的峰值电流。 左下方的等式中或右下方的图示中 也显示了这种关系。 总体而言,过低或过高的 占空比需要很短的充电或能量传输 时间,这意味着初级侧或 次级侧出现很大的峰值电流。 您需要注意,例如, 您遇到很大的峰值电流时, 您的变压器也需要很高的饱和电流额定值。 现在,我想谈一谈漏电感。 每台变压器都会受漏电感的影响。 漏电感表示存在没有通过 磁芯返回而是通过空气返回的 磁通线,因此漏电感对 两个电感器之间的耦合不起作用。 以下示例显示了漏电感如何 影响峰值电流和输出电压调节。 您可以看到匝数比为 1 的 Fly-Buck 拓扑的传输功能。 上方的曲线显示初级电压。 其他曲线显示基于占空因素和 不同漏电感的输出电压。 您可以看到两种影响, 一种影响是,在某个点增大占空因素时, 无法再正确调节输出电压。 在漏电感增强时,此影响会更糟糕。 此示例显示了漏电感增大 会如何导致峰值电流增大。 很大的漏电感会进一步 导致系统变得十分缓慢。 您可以看到三条不同的曲线, 它们显示了通过初级电感器的电流 以及在次级侧通过二极管 D1 的电流。 正如您所见,漏电感最低时, 二极管中的峰值电流最大。 然而,如果这超过某个点, 例如蓝线中所示, 漏电感将极高, 这会导致系统太慢而可能 无法再调节输出。 例 3 显示了增大正向电流时 在二极管上出现的电压降。 如果我们再次查看例 2, 会发现漏电感最低时, 通过二极管的电流最大, 这意味着二极管上的正向电压降 也最大。 这会导致调节不佳, 因为初级侧电压得到了调节, 但次级侧电压未得到调节。 这意味着无法检测次级侧的 准确输出电压是多少。 如果您希望了解有关Fly-Buck 拓扑的更多信息, 只需访问我们的网站,然后查找这些电源设计或 TI 设计。 或者只需输入TI.com/automation
课程介绍 共计1课时,9分12秒

PLC I / O模块的隔离电源

电源 PLC I/O 隔离 模块

欢迎观看此培训视频, 了解 PLC I/O 模块的 隔离式电源。 本培训分为 三个部分, 第一部分是简介, 说明在何处以及为何使用 隔离式电源,第二部分是 要构建隔离式电源 有哪些不同的 选择? 本培训的 主要阐述 Fly-Buck 拓扑。 将讨论 该拓扑的工作 原理并讨论 如何正确选择 占空比。 最后,将讨论漏电感的 一些影响。

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