4 隔离可改善电气噪声抗扰度

PLC 使用 RS485 等数据传输系统，也可能采用其他通信协议，例如 Profibus、Profinet 或以太网协议。通信网络中的远程节点通常会从电气装置系统的不同位置汲取功率。由于采用多种非标准接地技术导致形成多条接地路径和接地环路，远程电源可能会遭受较大的接地电势差。如果在发送器接地和远程接收器接地之间通过地线直接连接，则会形成接地环路。接地环路电流可能极高，因为它们通过低阻抗接线连接了不同的接地电位。因此，高环路电流会将电压引入传输信号线路，导致信号失真和数据错误。通过电隔离打破接地环路不仅可以防止产生环路电流，也是一种解决高接地电势差的可靠方法。电隔离使输入（参考输入端的接地）独立于输出端的接地，可显著增强共模抑制并改善噪声。请务必在电路板上留出与潜在的有噪声接地端“隔离”的区域，更为常用的技巧是通过隔离栅实现 5V 输入到 5V 输出。

图 4-1 推挽式变压器驱动器

图 4-2 Fly-Buck 稳压器

可以采用若干种解决方案，以使用变压器形成隔离栅。图 4-1 中的推挽式变压器驱动器以 50% 的占空比运行，因此变压器线圈必须进行相应设计，以适应特定输入和输出电压。推挽电路也是开环运行，因此无反馈机制。在某些情况下，次级侧需使用线性稳压器来更好地调节输出电压。图 4-2 中所示的 Fly-Buck 稳压器也被称为非对称半桥，它与标准降压稳压器具有相同的传输功能，但使用变压器，这与反激式转换器类似。降压稳压器的 LC 将 C1 用于输出大容量电容器，而隔离式变压器的初级侧为 T1。输出电压反映在次级侧，可根据变压器的匝数比得出。R1 和 R2 设置半桥的占空比，可更加灵活地选择现成的变压器匝数比，以适应输入和输出电压。另请注意，Fly-Buck 的频率可利用 RT 引脚进行调整，并与广泛的开关频率进行同步。此处的 Fly-Buck 限制在约 2W，因为在次级侧流经二极管的高电流会因损耗而限制调节。两种拓扑均不需要光耦合器。

TPS55010 是低电压 Fly-Buck 的示例。与具有较低 R_ds(on) 的推挽相比，此器件效率更高，并且还使用初级侧反馈来实现磁性元件的灵活性。频率可在 100kHz 至 2MHz 之间进行编程，并通过时钟引脚与外部时钟同步。但 TPS55010 是一款受电流模式控制的转换器，因此需要环路补偿。网上的设计计算器可根据变压器和电容器选型帮助选择补偿元件。Fly-Buck 是优于推挽的备选方案，可实现更高的效率、更大的输出电流和更高的稳压精度。

SN6505 是低噪声推挽驱动器，用于设计隔离式电源。这是一款易于使用的 6 引脚器件，比 Fly-Buck 使用的元件数量少。该器件提供 2 种不同的开关频率：140kHz 和 400kHz，可与外部时钟同步。它还具有内置展频抖动电路，以协助 EMI 发射。