Engineer It 系列：如何隔离RS485和CAN的电源

[音乐播放] 您好， 我叫 JasonBlackman，是 德州仪器 (TI)工业接口团队的 一名应用工程师。 我叫 Swaroop Vaidyanath，是 TI 定制磁性元件提供商 Wurth Electronics Midcom 的现场应用工程师。 Jason，我工作的很多项目都需要 隔离式 RS-485。 但关于如何生成可以供应它的隔离器， 我需要听听你的建议。 这是一个好问题，经常会 有客户问我，因为 很多不同工业应用都需要 隔离式电源。 我推荐推挽式转换器， 因为设计起来相对容易， 占用空间小，具有良好的EMI 性能，且价格便宜。 SN6501 等驱动器 将驱动系统中的隔离元件 变压器。 这样就允许电压从隔离层的一侧传送到另一侧， 而且电子不会在两侧之间流动。 在变压器的输出端， 我们使用全波整流器， 将方波转换为直流电压。 这样可以让我们利用波形的正向和负向部分， 而如果我们使用了半波整流器， 电荷可能只达到一半的输出， 可能没有全波那么有效。 那么，根据系统中是否有负载变动， 我们可以选择添加 LDO， 以维持恒定的输出 电压。 作为额外的组件，它会增加成本和电路板空间， 但如果没有它，输出电压可能随负载变化 发生大幅度变化。 简言之，就是这样一个系统。 现在，我们选一个变压器。 你是变压器专家。 我们应该寻找什么样的？ 既然你选择了推挽式拓扑， 它的优点是具有中央分接头， 而且尺寸小。 假设我们试图用 LDO 将 3.3 伏转换为 5 伏。 要计算变压器的匝比， 我们需要检查最坏情况下的输入和输出电压。 该 LDO 的最大输出电压为 5.175 伏， 那就从那里开始吧。 该特定 LDO 的压降为 0.2 伏， 意味着我们在整流二极管的 输出端需要至少 5.375 伏。 该二极管的压降也为 0.2 伏，意味着我们在 变压器次级绕组的输出端至少需要 5.575 伏。 最坏情况下输入电压为 3.3 伏 +/- 10%， 达到 3.234 伏减去驱动器 输出晶体管的压降， 即晶体管的导通阻抗乘以最大电流， 为150 毫安。 所以输出电压与输入电压之比 再乘以因数 1.031， 将典型的效率损失考虑进去。 所以该方程式告诉我们变压器的匝比。 在这种情况下，它是[听不清]变压器。 棒极了。 还有什么其他需要考虑的东西吗？ 有，接下来我们需要研究伏特微秒级产品， 可以帮助我们确定变压器的尺寸。 大家知道输出晶体管的最长 导通时间吗？ 是的。 开关频率范围为 250-550 kHz。 任意一个输出晶体管的最长导通时间为 1 与 250 kHz之商的一半， 即 2 微秒。 很好。 那个值乘以最大VCC， 得出 7.26伏特微秒的 伏特微秒级产品。 我们需要额定功率至少为 7.26 伏特微秒的变压器。 意味着变压器在正常的周期内 不会饱和，这一点对于 效率而言十分重要。 最终，我们还需要确保 变压器符合相应的安全标准， 以及初级绕组和次级绕组之间的 介质隔离。 对于该应用，我建议 将 UL 60950-1安全标准 与 2,500 [听不清] 的功能绝缘 和介质隔离紧密配合 一分钟。 非常好。 通过使用这些关键参数，我们 可以找到适合我们应用的变压器。 那么这个变压器是如何与驱动器配合的？ SN6501 具有两个正在驱动 变压器两端的输出晶体管。 它们彼此异相，这样在任何时候只有一个工作。 当这个晶体管工作时，可以从 VCC 推动电流， 在这个方向接地， 这样可以在次级绕组中产生电压。 由于次级绕组的中央分接头接地， 因此顶部具有正压， 底部具有负压。 这意味着只有顶部的二极管导电， 为输出端充电。 在周期的另一半中， 这个晶体管是否打开，第一个晶体管是否关闭？ 完全正确。 这意味着输入端的电流逆转， 并在变压器的次级绕组 使用相等但相反的电压。 确实。 在选择整流二极管时需要考虑的 重点是所有二极管的任何压降 皆为效率损失。 由于我们希望正向压降越小越好， 所以 Schottky二极管是理想之选。 电容器作为缓冲器，将在瞬变期间 提供快速电流。 如果您决定使用 LDO， 尽量选择压降小的，再次强调， 是为了尽量减少损失，这一点十分重要。 如同我们前面所描述的，TI 已经协同测试了 这些工作中装置的性能。 该 EVM 的构建是 为了根据可用的输入和希望的输出容纳不同的 电源电压。 Wurth Electronics Midcom 拥有精心设计的五款变压器， 涵盖了工程师通常犯难的 所有不同输入和输出电压范围。 经过优化，在保持高效能、 降低直流电阻和漏电感 和其他寄生效应的同时，这几款变压器的尺寸 尽量设计得小。 有关详细信息，请访问以下 网址。 谢谢观看。