Ο βιομηχανικός αυτοματισμός προωθείται σταδιακά, με την ανάπτυξη και χρήση του βιομηχανικού αυτοματισμού, όλο και περισσότερα προβλήματα βιομηχανικού αυτοματισμού εκτίθενται. Προκειμένου να βελτιωθεί η κατανόησή σας για τον βιομηχανικό αυτοματισμό, αυτό το άρθρο θα παρέχει μια επισκόπηση του τρόπου εξάλειψης του ηλεκτρικού θορύβου στα συστήματα βιομηχανικού αυτοματισμού. Εάν ενδιαφέρεστε για το τι πρόκειται να εξερευνήσετε αυτό το άρθρο, διαβάστε παρακάτω. Εάν έχετε έντονο ενδιαφέρον για τις γνώσεις βιομηχανικού αυτοματισμού, μπορείτε να απευθυνθείτε στα προηγούμενα άρθρα της σύνταξης Oh.
Τα συστήματα βιομηχανικού αυτοματισμού χρησιμοποιούν μικροεπεξεργαστές, επεξεργαστές ψηφιακού σήματος (DSP) και δίκτυα αισθητήρων για τον έλεγχο ηλεκτρομηχανικών διεργασιών. Αυτά τα εξαρτήματα είναι εξαιρετικά ευαίσθητα, αλλά λειτουργούν σε περιβάλλον γεμάτο με ηλεκτρικό θόρυβο από κινητήρες, ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI) και διάφορες άλλες πηγές.
Ο ηλεκτρικός θόρυβος μεταδίδεται συνήθως μέσω του κεντρικού συνεχούς ρεύματος (DC) οπίσθιου επιπέδου ισχύος στον εργοστασιακό εξοπλισμό αυτοματισμού. Οι μετασχηματιστές απομόνωσης μπορούν να αφαιρέσουν τον ανεπιθύμητο θόρυβο, αλλά πώς μπορείτε να χρησιμοποιήσετε έναν μετασχηματιστή σε τροφοδοτικό DC; Χρησιμοποιήστε έναν μετατροπέα ισχύος flyback.
Τα απομονωμένα τροφοδοτικά μπορούν να παρέχουν προστασία από το θόρυβο εξαλείφοντας βρόχους γείωσης και μεταβατικές καταστάσεις που προκαλούνται από άλλες συσκευές στον ίδιο δίαυλο ισχύος. Τα απομονωμένα τροφοδοτικά μπορούν επίσης να παρέχουν προστασία από επικίνδυνα υψηλές τάσεις για ευαίσθητα εξαρτήματα και ανθρώπους. Ο μετατροπέας flyback είναι ένας απλός σχεδιασμός που περιέχει λίγα εξαρτήματα και παρέχει ρεύμα απομόνωσης μεταξύ εισόδου και εξόδου.
Οι μετατροπείς Flyback προέρχονται από μετατροπείς αντίστροφης ώθησης-και χρησιμοποιούν συζευγμένους επαγωγείς ή μετασχηματιστές flyback (των οποίων ο λόγος στροφών πολλαπλασιάζεται με την τάση εισόδου) αντί για πηνία. Το σχήμα 1 δείχνει το βασικό διάγραμμα κυκλώματος ενός μετατροπέα flyback. Όταν ο διακόπτης MOSFET είναι ενεργοποιημένος, το ρεύμα αρχίζει να ρέει και η μαγνητική ροή στο πρωτεύον πηνίο αυξάνεται, αποθηκεύοντας ενέργεια στον πυρήνα. Λόγω της πολικότητας του μετασχηματιστή, η επαγόμενη τάση στο δευτερεύον πηνίο είναι αρνητική, γεγονός που προκαλεί την αντίστροφη πόλωση της δίοδος ενώ ο πυκνωτής εξόδου τροφοδοτεί το φορτίο. Όταν ο διακόπτης είναι κλειστός, το ρεύμα και η ροή στο πρωτεύον πηνίο μειώνονται, δημιουργώντας μια θετική τάση στο δευτερεύον πηνίο, ωθώντας προς τα εμπρός τη δίοδο και μεταφέροντας την ενέργεια που αποθηκεύεται στον πυρήνα στο φορτίο.
Εικόνα 1: Βασικό κύκλωμα μετατροπέα flyback
Οι μετατροπείς Flyback χρησιμοποιούνται συνήθως σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Μια τυπική εφαρμογή είναι οι μονάδες εισόδου/εξόδου (I/O) προγραμματιζόμενου λογικού ελεγκτή (PLC) που τροφοδοτούνται από ένα backplane 24 V. Για να διασφαλιστεί η αξιόπιστη απόδοση, απαιτούνται μεμονωμένα τροφοδοτικά για την προστασία των μονάδων I/O από το θόρυβο. Οι μετατροπείς Flyback προσθέτουν το πλεονέκτημα ότι είναι σε θέση να παρέχουν μια ποικιλία σιδηροτροχιών τάσης εξόδου - τόσο θετικής όσο και αρνητικής - για την κάλυψη των αναγκών ενός ευρέος φάσματος επεξεργαστών, πεδίου-προγραμματιζόμενων συστοιχιών πύλης (FPGA), αναλογικών{7}}σε{{8}ψηφιακών μετατροπέων (ADC) και am.
Για να καλύψει τις ανάγκες της βιομηχανικής αγοράς και να επικυρώσει τη χρήση μετατροπέων flyback, η TI κυκλοφόρησε τη μονάδα αξιολόγησης flyback LM3481 (EVM), που φαίνεται στο Σχήμα 2. Αυτός ο σχεδιασμός δέχεται ένα ευρύ φάσμα τάσης εισόδου από 5V έως 32V, παρέχει σταθεροποιημένη απομονωμένη έξοδο 12V και μπορεί να αποδώσει το ρεύμα 2A. Αυτό δίνει τη δυνατότητα στους σχεδιαστές να αξιολογήσουν την απόδοση και τη λειτουργία του ελεγκτή χαμηλής-πλευρικής FET LM3481 σε ένα απομονωμένο σχέδιο flyback.
Ένα κοινό μειονέκτημα των μετατροπέων flyback είναι η έλλειψη αποτελεσματικότητάς τους. Οι τυπικοί μετατροπείς flyback έχουν απόδοση περίπου 60-75%. Αυτό οφείλεται κυρίως στις επαγωγικές απώλειες στον μετασχηματιστή και στην πτώση τάσης κατά μήκος της διόδου ανορθωτή. Με προσεκτικό σχεδιασμό του μετασχηματιστή και επιλογή της συχνότητας μεταγωγής, το LM3481 flyback EVM μπορεί να επιτύχει σχεδόν 90% απόδοση, όπως φαίνεται στο Σχήμα 3.
Εικόνα 3: Αποδοτικότητα των LM3481 Flyback EVM
Μια άλλη σημαντική απόδοση ενός μετατροπέα flyback είναι ότι μπορεί να επιτύχει καλή γραμμική ρύθμιση τάσης, με άλλα λόγια, ο μετατροπέας μπορεί να παρέχει σταθερή τάση εξόδου έναντι της κυμαινόμενης τάσης εισόδου. Σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις, οι διακυμάνσεις της τάσης εισόδου μπορεί να προκληθούν από παράγοντες όπως η ενεργοποίηση και απενεργοποίηση μεγάλων φορτίων ή οι κινητήρες μεταβλητής συχνότητας. το LM3481 Flyback EVM μπορεί να επιτύχει γραμμική ρύθμιση τάσης ±0,1% σε ένα ευρύ φάσμα τάσης εισόδου. Η παροχή σταθερής τάσης εξόδου προστατεύει κρίσιμα εξαρτήματα και αποτρέπει την είσοδο ανεπιθύμητου θορύβου στο κύκλωμα.
Οι μετατροπείς Flyback είναι απλοί και ευέλικτοι μετατροπείς που παρέχουν προστασία από παρεμβολές και απομόνωση υψηλής τάσης, επιλύοντας τις προκλήσεις του σχεδιασμού τροφοδοσίας σε πολλές βιομηχανικές εφαρμογές. Αγοράστε το LM3481 Flyback EVM, μια πλατφόρμα ρυθμιστή τάσης υψηλής απόδοσης, σήμερα και ξεκινήστε να εξερευνάτε τις δυνατότητες μεμονωμένων τροφοδοτικών!