非穩(wěn)壓DC/DC中的隔離串行鏈路
提供穩(wěn)壓與非穩(wěn)壓隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器。選擇哪種取決于具體應(yīng)用。如果電源電壓穩(wěn)定并且負(fù)載保持相對(duì)恒定,則非常適合采用非穩(wěn)壓DC/DC轉(zhuǎn)換器。這是因?yàn)榉欠€(wěn)壓DC/DC轉(zhuǎn)換器也能提供電壓電平轉(zhuǎn)換、電流隔離和短路保護(hù)(/P型號(hào)),同時(shí)成本比穩(wěn)壓DC-DC轉(zhuǎn)換器要低得多。
相反,如果電源電壓或負(fù)載不穩(wěn)定,則需要采用穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換器,穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換器經(jīng)過精心設(shè)計(jì),可以在輸入電壓或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)將輸出電壓保持在所需的值。如果輸入電壓發(fā)生變化(例如由電池供電)或負(fù)載可變(包括空載條件),則穩(wěn)壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器將保持固定的輸出電壓。
在一些低功率設(shè)計(jì)中,半穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換器可提供最佳折中方案。半穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換器是一種在變壓器的次級(jí)側(cè)采用低壓差 (LDO) 線性穩(wěn)壓器的非穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換器,無論負(fù)載條件如何,都可將輸出保持在所需的值。這種解決方案具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì):如果負(fù)載突然移除,輸出電壓將保持穩(wěn)定,并且轉(zhuǎn)換器將繼續(xù)受到短路保護(hù)。但由于額外增加了穩(wěn)壓級(jí),與非穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換器相比,總體效率會(huì)有所降低而且成本會(huì)有所增加。
隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器廣泛應(yīng)用于高壓逆變器的柵極驅(qū)動(dòng)器中。例如,光伏 (PV) 太陽能電池板產(chǎn)生高壓直流輸出,可通過高壓三相逆變器將該輸出轉(zhuǎn)換為交流輸出。直流電壓可能高達(dá) 1000 V 或更高,逆變器模塊與地之間的懸浮電壓通常可達(dá)幾百伏;因此,無論出于功能考慮還是安全起見,都需要進(jìn)行隔離。盡管可以使用光耦合器來隔離控制信號(hào),但仍需采用隔離式 DC/DC 驅(qū)動(dòng)器作為隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器電源。RECOM 提供一系列隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器模塊,為 IGBT、SiC MOSFET 或GaN HEMT 功率器件提供簡單的電源解決方案。
RECOM 最佳 DC/DC 轉(zhuǎn)換器系列因電源開關(guān)技術(shù)而異,可分為以下幾類:IGBT 功率器件: RECOM 的 RH、RV、RP、RGZ、RKZ、RxxPxx 和 RxxP2xx 系列 DC/DC 轉(zhuǎn)換器提供 +15 V 和 -9 V 的不對(duì)稱輸出電壓,非常適合僅使用單個(gè) DC/DC 轉(zhuǎn)換器為 IGBT 驅(qū)動(dòng)器供電的應(yīng)用。
SiC MOSFET: RxxP22005D和 RKZ-xx2005D 系列提供 +20 V 和 -5 V 的不對(duì)稱輸出電壓,可高效且有效地開關(guān) SiC MOSFET。RxxP21503D 系列提供 +15 和 -3 V 的不對(duì)稱輸出電壓,可高效開關(guān)第二代 SiC MOSFET。GaN HEMT: 采用 RECOM 的 RP-xx06S 和RxxP06S 系列 DC/DC 轉(zhuǎn)換器(具有高隔離電壓和低隔離電容)供電時(shí),高壓擺率 GaN 晶體管驅(qū)動(dòng)器可在 +6 V 電壓下實(shí)現(xiàn)最佳開關(guān)性能。此外,在必須考慮較高噪聲和干擾的 GaN 應(yīng)用中,RECOM 還提供具有+9 V 輸出電壓的轉(zhuǎn)換器,該輸出電壓可以用齊納二極管分為 +6 V 和 -3 V,以在關(guān)斷時(shí)提供負(fù)柵極電壓,確保柵極電壓始終低于導(dǎo)通閾值。
現(xiàn)場總線是一個(gè)通用術(shù)語,用于描述工業(yè)應(yīng)用中的串行總線系統(tǒng),該系統(tǒng)將電子傳感器和執(zhí)行器相互連接,并將它們連接到多個(gè)主設(shè)備,如 PLC 或工業(yè) PC。現(xiàn)場總線通??缭捷^長的距離,并且通常包括差分雙絞線連接等功能,以實(shí)現(xiàn)具有高可靠性的高速數(shù)據(jù)通信。在總線和每個(gè)系統(tǒng)連接之間,務(wù)必要實(shí)現(xiàn)信號(hào)與電源隔離,以防在電纜網(wǎng)絡(luò)與所連接的系統(tǒng)之間出現(xiàn)瞬態(tài)過電壓。此外,隔離不僅能夠消除網(wǎng)絡(luò)中的接地回路,減少信號(hào)失真和誤差,還可以防止出現(xiàn)電壓/接地失配。
例如,控制器局域網(wǎng) (CAN) 總線最初是為汽車應(yīng)用而開發(fā)的,但其穩(wěn)健的協(xié)議已被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)應(yīng)用。該協(xié)議指定電纜最長為 40 米,節(jié)點(diǎn)最多為 30 個(gè)。其他現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)也規(guī)定了類似的 DC/DC 要求,包括 Modbus、Profibus 和 Interbus 等。
舉例來說,RECOM 的RxxCT(E)xx 系列穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換器即為適合為隔離式現(xiàn)場總線接口供電的隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器,其標(biāo)稱輸入電壓為 5V,在輸出為 5 V 或 3.3 V時(shí)可提供 0.5 W 或 1 W 功率—并且采用 SMD-16 封裝。此外,該器件可實(shí)現(xiàn) 5 kVAC 增強(qiáng)隔離。
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIOT) 為工廠設(shè)計(jì)師解鎖了一些新功能。IIOT 中互連傳感器數(shù)量龐大,可支持用戶對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)運(yùn)營進(jìn)行大量改進(jìn),包括執(zhí)行預(yù)測性維護(hù)、基于狀態(tài)的設(shè)備監(jiān)測 (CBM) 和對(duì)工業(yè)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)字建模。工廠電力基礎(chǔ)設(shè)施性能不佳,具有接地回路、電壓浪涌和高水平電氣噪聲,這種設(shè)計(jì)并不適用于靈敏型傳感器和微控制器。因此,在工廠環(huán)境中需要使用隔離電源。然而,許多傳感器或數(shù)據(jù)采集電路的功耗極低,因此 1 W 或 2 W 轉(zhuǎn)換器通常就足以滿足需求。穩(wěn)壓電源和非穩(wěn)壓電源都是電源的一種,但它們的工作原理和應(yīng)用場景有所不同。非穩(wěn)壓電源簡單來說就是沒有任何穩(wěn)壓電路的電源,輸出電壓隨著負(fù)載的變化而變化,因此非穩(wěn)壓電源的輸出電壓和波形都不穩(wěn)定。而穩(wěn)壓電源則使用了穩(wěn)壓電路,能夠保證輸出電壓恒定不變,波形也比較穩(wěn)定,穩(wěn)壓電源的輸出電壓和波形相對(duì)來說比較穩(wěn)定。非穩(wěn)壓電源沒有采用穩(wěn)壓電路,所有的組件都是根據(jù)原理設(shè)計(jì)的,其輸出電壓隨負(fù)載電流的變化而變化。非穩(wěn)壓電源一般有交流電源和直流電源兩種類型。
穩(wěn)壓電源則穩(wěn)壓電路起到了關(guān)鍵作用。穩(wěn)壓電路可以通過對(duì)電源輸出進(jìn)行反饋控制,使得輸出電壓穩(wěn)定不變,波形更加平穩(wěn)。穩(wěn)壓電源還可以根據(jù)電路的不同設(shè)計(jì)出不同的輸出電流和電壓,因此其適用范圍更廣。
非穩(wěn)壓電源適用于一些對(duì)電源的穩(wěn)定性要求不高的簡單電路,如燈光、小型家電等。這些電路并不需要嚴(yán)格限制輸出電壓和波形的穩(wěn)定性。非穩(wěn)壓電源的價(jià)格也比穩(wěn)壓電源更加便宜,因此在低成本、簡單應(yīng)用場景中更為常見。穩(wěn)壓電源適用于對(duì)輸出電壓、電流、波形的穩(wěn)定性要求更高的場景,如計(jì)算機(jī)、數(shù)碼產(chǎn)品等。這些電路對(duì)電源的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性有較高的要求,只有穩(wěn)壓電源才能滿足這些需求。同時(shí),穩(wěn)壓電源的輸出電壓和波形比較穩(wěn)定,能夠保護(hù)使用電路中的其他元器件不受電源電壓的影響??傮w來說,非穩(wěn)壓電源和穩(wěn)壓電源各有優(yōu)劣,其應(yīng)用場景也不同。根據(jù)使用場景和電路元器件的要求,選擇適合的電源是很重要的。
在使用電路時(shí),需要選擇合適的電源來保證電路的正常工作。如果需要對(duì)電路輸出的電壓波動(dòng)進(jìn)行有效控制,穩(wěn)壓源是更好的選擇。如果對(duì)電路輸出功率的穩(wěn)定性要求不高,則可以選擇非穩(wěn)壓源。但需要注意的是,電路的安全和穩(wěn)定性需放在首位,所以盡可能選擇穩(wěn)壓源是更好的選擇。