TI博客**-消除工厂中的噪声

1万 · 2017-10-30 18:57

工业自动化系统使用微处理器、数字信号处理器（DSP）和传感器网络来控制机电流程。这些元件具有高度敏感性，但是却在充满来自电机驱动、电磁干扰（EMI）和其它各种来源的电气噪声环境中运行。
电气噪声通常通过工厂自动化设备中的中央直流（DC）电源背板传输。隔离变压器可以去除不必要的噪声，但是如何在直流电源上使用变压器呢？使用反激式电源转换器。
隔离式电源可以通过消除接地环路和相同电源总线上其他设备造成的瞬态电压提供抗噪声功能。隔离式电源还可以对敏感元件和人类起到防护危险高电压的作用。反激式转换器是一个简单的设计，所含元件很少，为输入和输出之间提供了电流隔离。
反激式转换器源自反向降压-升压转换器，使用耦合电感器或反激式变压器（其匝数比乘以输入电压）替代了电感器。图1为反激式转换器的基本电路图。当MOSFET开关开启时，电流开始流动，初级线圈中的磁通量增大，在铁芯中存储能量。由于变压器的极性，次级线圈中的感应电压是负的，从而使二极管反向偏置，同时输出电容器为负载供电。当开关关闭时，初级线圈的电流和磁通量减少，在次级线圈产生正电压，正向偏置二极管，把存储在铁芯中的能量转移到负载上。

图1：反激式转换器基本电路

反激式转换器通常用在工业装置中。一个典型的应用是从24V背板供电的可编程逻辑控制器（PLC）输入/输出（I/O）模块。为了确保可靠的性能，需要隔离式电源防护I/O模块受到噪声干扰。反激式转换器增加的优势是能够提供多种输出电压轨——包括正电压和负电压——满足各种处理器、现场可编程门阵列（FPGA）、模数转换器（ADC）和放大器的需求。
为了满足工业市场需求和验证反激转换器的用途，TI已经发布了LM3481反激式评估模块(EVM)，如图2所示。这种设计可以接受5V至32V的宽输入电压范围，提供12V的稳定隔离输出，能够向负载提供2A的电流。这使设计人员能够在隔离反激式设计中评估LM3481低侧FET控制器的性能和运行。

图2：LM3481反激式评估模块

反激式转换器的一个常见的缺点是缺乏效率。典型反激式转换器的效率约为60-75％。这主要是由于变压器中的感应损耗和整流二极管的压降。通过精心设计变压器和选择开关频率，LM3481反激式EVM可以达到几乎90％的效率，如图3所示。

图3：LM3481反激式EVM的效率

反激式转换器的另一个重要性能是可以实现良好的线性稳压，换而言之，转换器面对波动的输入电压可以提供稳定的输出电压。在工业装置中，输入电压波动可能由重负载开启和关闭或变频电机驱动器等因素引起。LM3481反激式EVM可以在很宽的输入电压范围内实现±0.1％的线性稳压。提供稳定的输出电压可以保护关键元件，防止不必要的噪音进入电路。