Stopniowo promowana jest automatyka przemysłowa, wraz z rozwojem i wykorzystaniem automatyki przemysłowej ujawnia się coraz więcej problemów związanych z automatyką przemysłową. Aby lepiej zrozumieć automatykę przemysłową, w tym artykule przedstawiono przegląd sposobów eliminacji szumów elektrycznych w systemach automatyki przemysłowej. Jeśli ciekawi Cię, o czym mowa w tym artykule, czytaj dalej. Jeśli bardzo interesuje Cię wiedza z zakresu automatyki przemysłowej, możesz sięgnąć do poprzednich artykułów redakcyjnych Oh.
Systemy automatyki przemysłowej wykorzystują mikroprocesory, cyfrowe procesory sygnałowe (DSP) i sieci czujników do sterowania procesami elektromechanicznymi. Komponenty te są bardzo wrażliwe, ale działają w środowisku pełnym zakłóceń elektrycznych pochodzących z napędów silnikowych, zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) i różnych innych źródeł.
Szum elektryczny jest zwykle przenoszony przez centralną płytę montażową zasilania prądem stałym (DC) w sprzęcie automatyki przemysłowej. Transformatory izolacyjne mogą usuwać niepożądane szumy, ale jak zastosować transformator zasilany prądem stałym? Użyj konwertera mocy typu flyback.
Izolowane zasilacze mogą zapewnić odporność na zakłócenia, eliminując pętle uziemienia i stany nieustalone spowodowane przez inne urządzenia podłączone do tej samej szyny zasilającej. Izolowane zasilacze mogą również zapewnić ochronę wrażliwych komponentów i ludzi przed niebezpiecznie wysokim napięciem. Przetwornik typu flyback to prosta konstrukcja, która zawiera kilka elementów i zapewnia izolację prądową pomiędzy wejściem i wyjściem.
Przetwornice typu „flyback” wywodzą się z przetwornic „odwrotnego”-boost i wykorzystują sprzężone cewki indukcyjne lub transformatory typu „flyback” (których współczynnik zwojów jest mnożony przez napięcie wejściowe) zamiast cewek indukcyjnych. Rysunek 1 pokazuje podstawowy schemat obwodu konwertera typu flyback. Kiedy przełącznik MOSFET jest włączony, prąd zaczyna płynąć, a strumień magnetyczny w cewce pierwotnej wzrasta, magazynując energię w rdzeniu. Ze względu na polaryzację transformatora napięcie indukowane w uzwojeniu wtórnym jest ujemne, co powoduje, że dioda jest spolaryzowana zaporowo, podczas gdy kondensator wyjściowy zasila obciążenie. Gdy przełącznik jest zamknięty, prąd i strumień w uzwojeniu pierwotnym zmniejszają się, tworząc dodatnie napięcie w uzwojeniu wtórnym, polaryzując diodę w kierunku przewodzenia i przenosząc energię zmagazynowaną w rdzeniu do obciążenia.
Rysunek 1: Podstawowy obwód konwertera typu flyback
Przetwornice typu flyback są powszechnie stosowane w instalacjach przemysłowych. Typowym zastosowaniem są moduły wejścia/wyjścia (I/O) programowalnego sterownika logicznego (PLC) zasilane z płyty montażowej 24 V. Aby zapewnić niezawodne działanie, wymagane są izolowane zasilacze chroniące moduły we/wy przed zakłóceniami. Konwertery typu flyback mają dodatkową zaletę polegającą na możliwości zapewnienia różnych szyn napięcia wyjściowego - zarówno dodatniego, jak i ujemnego -, aby zaspokoić potrzeby szerokiej gamy procesorów,-układów bramek programowalnych w terenie (FPGA), przetworników analogowo-na-cyfrowy (ADC) i wzmacniaczy.
Aby sprostać potrzebom rynku przemysłowego i zatwierdzić zastosowanie konwerterów typu flyback, firma TI wypuściła moduł ewaluacyjny flyback (EVM) LM3481, pokazany na rysunku 2. Konstrukcja ta akceptuje szeroki zakres napięcia wejściowego od 5 V do 32 V, zapewnia stabilizowane izolowane napięcie wyjściowe 12 V i jest w stanie dostarczyć prąd o natężeniu 2 A do obciążenia. Umożliwia to projektantom ocenę wydajności i działania kontrolera FET LM3481-po stronie niskiej w izolowanej konstrukcji typu flyback.
Powszechną wadą konwerterów typu flyback jest ich brak wydajności. Typowe konwertery typu flyback mają sprawność około 60-75%. Jest to spowodowane przede wszystkim stratami indukcyjnymi w transformatorze i spadkiem napięcia na diodzie prostowniczej. Dzięki starannemu zaprojektowaniu transformatora i doborowi częstotliwości przełączania, LM3481 flyback EVM może osiągnąć sprawność prawie 90%, jak pokazano na rysunku 3.
Rysunek 3: Wydajność EVM typu Flyback LM3481
Inną ważną cechą konwertera typu flyback jest to, że może on osiągnąć dobrą liniową regulację napięcia, innymi słowy, konwerter może zapewnić stabilne napięcie wyjściowe w obliczu wahań napięcia wejściowego. W instalacjach przemysłowych wahania napięcia wejściowego mogą być spowodowane takimi czynnikami, jak włączanie i wyłączanie dużych obciążeń lub napędy silnikowe o zmiennej częstotliwości. LM3481 flyback EVM może osiągnąć liniową regulację napięcia ± 0,1% w szerokim zakresie napięcia wejściowego. Zapewnienie stabilnego napięcia wyjściowego chroni najważniejsze komponenty i zapobiega przedostawaniu się niepożądanych szumów do obwodu.
Przetwornice typu flyback to proste i elastyczne przetwornice zapewniające odporność na zakłócenia oraz izolację wysokiego napięcia, rozwiązujące wyzwania związane z projektowaniem zasilaczy w wielu zastosowaniach przemysłowych. Kup LM3481 Flyback EVM, wysoce wydajną platformę regulatora napięcia, już dziś i zacznij odkrywać możliwości izolowanych zasilaczy!