La automatización industrial se promueve gradualmente y, con el desarrollo y uso de la automatización industrial, se exponen cada vez más problemas de automatización industrial. Para mejorar su comprensión de la automatización industrial, este artículo proporcionará una descripción general de cómo eliminar el ruido eléctrico dentro de los sistemas de automatización industrial. Si está interesado en lo que este artículo va a explorar, siga leyendo. Si tiene un gran interés en el conocimiento de la automatización industrial, puede consultar la editorial artículos anteriores Oh.
Los sistemas de automatización industrial utilizan microprocesadores, procesadores de señales digitales (DSP) y redes de sensores para controlar procesos electromecánicos. Estos componentes son muy sensibles, pero funcionan en un entorno lleno de ruido eléctrico procedente de motores, interferencias electromagnéticas (EMI) y otras fuentes.
El ruido eléctrico generalmente se transmite a través de la placa posterior de alimentación de corriente continua (CC) central en los equipos de automatización de fábricas. Los transformadores de aislamiento pueden eliminar el ruido no deseado, pero ¿cómo se utiliza un transformador en una fuente de alimentación de CC? Utilice un convertidor de potencia flyback.
Las fuentes de alimentación aisladas pueden proporcionar inmunidad al ruido al eliminar los bucles de tierra y los transitorios causados por otros dispositivos en el mismo bus de alimentación. Las fuentes de alimentación aisladas también pueden brindar protección contra voltajes peligrosamente altos para componentes sensibles y personas. El convertidor flyback es un diseño simple que contiene pocos componentes y proporciona aislamiento de corriente entre la entrada y la salida.
Los convertidores flyback se derivan de convertidores reductores-elevadores inversos y utilizan inductores acoplados o transformadores flyback (cuya relación de vueltas se multiplica por el voltaje de entrada) en lugar de inductores. La Figura 1 muestra el diagrama de circuito básico de un convertidor flyback. Cuando se enciende el interruptor MOSFET, la corriente comienza a fluir y el flujo magnético en la bobina primaria aumenta, almacenando energía en el núcleo. Debido a la polaridad del transformador, el voltaje inducido en la bobina secundaria es negativo, lo que hace que el diodo tenga polarización inversa mientras el capacitor de salida suministra la carga. Cuando se cierra el interruptor, la corriente y el flujo en la bobina primaria disminuyen, creando un voltaje positivo en la bobina secundaria, polarizando directamente el diodo y transfiriendo la energía almacenada en el núcleo a la carga.
Figura 1: Circuito básico de un convertidor flyback
Los convertidores Flyback se utilizan habitualmente en instalaciones industriales. Una aplicación típica son los módulos de entrada/salida (E/S) de controlador lógico programable (PLC) alimentados desde una placa posterior de 24 V. Para garantizar un rendimiento confiable, se requieren fuentes de alimentación aisladas para proteger los módulos de E/S del ruido. Los convertidores Flyback añaden la ventaja de poder proporcionar una variedad de rieles de voltaje de salida - tanto positivos como negativos - para satisfacer las necesidades de una amplia gama de procesadores, conjuntos de puertas programables-en campo (FPGA), convertidores analógicos-a-digitales (ADC) y amplificadores.
Para satisfacer las necesidades del mercado industrial y validar el uso de convertidores flyback, TI lanzó el módulo de evaluación flyback (EVM) LM3481, que se muestra en la Figura 2. Este diseño acepta un amplio rango de voltaje de entrada de 5 V a 32 V, proporciona una salida aislada estabilizada de 12 V y es capaz de entregar 2 A de corriente a la carga. Esto permite a los diseñadores evaluar el rendimiento y el funcionamiento del controlador FET del lado bajo- LM3481 en un diseño de retorno aislado.
Una desventaja común de los convertidores flyback es su falta de eficiencia. Los convertidores flyback típicos tienen una eficiencia de aproximadamente el 60-75%. Esto se debe principalmente a las pérdidas inductivas en el transformador y a la caída de voltaje en el diodo rectificador. Mediante un diseño cuidadoso del transformador y la selección de la frecuencia de conmutación, el EVM flyback LM3481 puede lograr casi un 90% de eficiencia, como se muestra en la Figura 3.
Figura 3: Eficiencia de los EVM Flyback LM3481
Otro rendimiento importante de un convertidor flyback es que puede lograr una buena regulación de voltaje lineal; en otras palabras, el convertidor puede proporcionar un voltaje de salida estable frente a la fluctuación del voltaje de entrada. En instalaciones industriales, las fluctuaciones del voltaje de entrada pueden ser causadas por factores como el encendido y apagado de cargas pesadas o accionamientos de motores de frecuencia variable. El EVM flyback LM3481 puede lograr una regulación de voltaje lineal de ±0,1% en un amplio rango de voltaje de entrada. Proporcionar un voltaje de salida estable protege los componentes críticos y evita que entre ruido no deseado en el circuito.
Los convertidores Flyback son convertidores simples y flexibles que brindan inmunidad a las interferencias y aislamiento de alto voltaje, resolviendo los desafíos del diseño de fuentes de alimentación en muchas aplicaciones industriales. Compre hoy el LM3481 Flyback EVM, una plataforma reguladora de voltaje altamente eficiente, y comience a explorar las posibilidades de las fuentes de alimentación aisladas.