4 隔離可改善電氣噪聲抗擾度

PLC 使用 RS485 等數據傳輸系統，也可能采用其他通信協議，例如 Profibus、Profinet 或以太網協議。通信網絡中的遠程節點通常會從電氣裝置系統的不同位置汲取功率。由于采用多種非標準接地技術導致形成多條接地路徑和接地環路，遠程電源可能會遭受較大的接地電勢差。如果在發送器接地和遠程接收器接地之間通過地線直接連接，則會形成接地環路。接地環路電流可能極高，因為它們通過低阻抗接線連接了不同的接地電位。因此，高環路電流會將電壓引入傳輸信號線路，導致信號失真和數據錯誤。通過電隔離打破接地環路不僅可以防止產生環路電流，也是一種解決高接地電勢差的可靠方法。電隔離使輸入（參考輸入端的接地）獨立于輸出端的接地，可顯著增強共模抑制并改善噪聲。請務必在電路板上留出與潛在的有噪聲接地端“隔離”的區域，更為常用的技巧是通過隔離柵實現 5V 輸入到 5V 輸出。

圖 4-1 推挽式變壓器驅動器

圖 4-2 Fly-Buck 穩壓器

可以采用若干種解決方案，以使用變壓器形成隔離柵。圖 4-1 中的推挽式變壓器驅動器以 50% 的占空比運行，因此變壓器線圈必須進行相應設計，以適應特定輸入和輸出電壓。推挽電路也是開環運行，因此無反饋機制。在某些情況下，次級側需使用線性穩壓器來更好地調節輸出電壓。圖 4-2 中所示的 Fly-Buck 穩壓器也被稱為非對稱半橋，它與標準降壓穩壓器具有相同的傳輸功能，但使用變壓器，這與反激式轉換器類似。降壓穩壓器的 LC 將 C1 用于輸出大容量電容器，而隔離式變壓器的初級側為 T1。輸出電壓反映在次級側，可根據變壓器的匝數比得出。R1 和 R2 設置半橋的占空比，可更加靈活地選擇現成的變壓器匝數比，以適應輸入和輸出電壓。另請注意，Fly-Buck 的頻率可利用 RT 引腳進行調整，并與廣泛的開關頻率進行同步。此處的 Fly-Buck 限制在約 2W，因為在次級側流經二極管的高電流會因損耗而限制調節。兩種拓撲均不需要光耦合器。

TPS55010 是低電壓 Fly-Buck 的示例。與具有較低 R_ds(on) 的推挽相比，此器件效率更高，并且還使用初級側反饋來實現磁性元件的靈活性。頻率可在 100kHz 至 2MHz 之間進行編程，并通過時鐘引腳與外部時鐘同步。但 TPS55010 是一款受電流模式控制的轉換器，因此需要環路補償。網上的設計計算器可根據變壓器和電容器選型幫助選擇補償元件。Fly-Buck 是優于推挽的備選方案，可實現更高的效率、更大的輸出電流和更高的穩壓精度。

SN6505 是低噪聲推挽驅動器，用于設計隔離式電源。這是一款易于使用的 6 引腳器件，比 Fly-Buck 使用的元件數量少。該器件提供 2 種不同的開關頻率：140kHz 和 400kHz，可與外部時鐘同步。它還具有內置展頻抖動電路，以協助 EMI 發射。