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Fly-Buck™ 转换器在 PLC 中的隔离设计与 EMC 优化实战
1. PLC I/O 模块的电源需求分析
PLC 模块通常需要与高压现场设备接口，其内部电源系统必须具备：
- 多路输出：微控制器需要 ，模拟前端（AFE）往往需要 或 的双极性电压以支持 信号。
- 电气隔离：保护背板逻辑免受现场侧（Field Side）过压或地环路干扰。
- 极端可靠性：需通过 EN 61131-2 标准，抵御静电（ESD）、群脉冲（EFT）和浪涌（Surge）。
2. 核心拓扑：为什么选择 Fly-Buck™？
Fly-Buck™（或称隔离式 Buck）本质上是在同步 Buck 转换器的电感上增加副边绕组。
2.1 工作原理
- Buck 阶段：当下管（Low-side MOSFET）导通时，副边通过变压器耦合获得能量。
- 反馈机制：Fly-Buck 巧妙利用了输出电压 与副边隔离输出 之间的比例关系。由于主路（非隔离端）已闭环稳压，副边无需光耦即可实现较好的稳压。
2.2 相比隔离反激（Flyback）的优势
| 特性 | Flyback 拓扑 | Fly-Buck™ 拓扑 |
|---|---|---|
| 反馈方式 | 需要光耦或原边反馈 (PSR) | 主路直接反馈，副边跟踪 |
| BOM 成本 | 高（变压器复杂，需补偿电路） | 低（结构简单，减少元器件） |
| 瞬态响应 | 较慢 | 极快（基于 COT 控制） |
| EMI 表现 | 噪声大（断续电流显著） | 较低（输入电流连续性较好） |
3. 针对工业标准的 EMC 防护设计
符合 EN 61000 标准是 PLC 模块进入市场的先决条件。基于 LM5160 的 Fly-Buck 方案应包含以下防护层级：
3.1 输入端防护：应对浪涌与反接
- 反向保护：使用二极管防止 24V 总线接反。
- TVS 二极管：吸收来自背板或长电缆的浪涌脉冲（Surge）。
- 阻尼电阻：与输入电容配合，防止热插拔时的 LC 谐振电压过冲。
3.2 滤波器设计：抑制干扰
- 共模电感 (CMC)：抑制由开关节点高 产生的共模电流。
- X/Y 电容：X 电容抑制差模噪声，Y 电容连接隔离两侧，为高频共模电流提供低阻抗回流路径，显著降低 EMI。
4. Fly-Buck™ 的设计优化要点
4.1 漏感（Leakage Inductance）处理
虽然 Fly-Buck 对漏感有一定的容忍度，但副边电压的交叉调整率（Cross-regulation）仍受影响。
- 优化：采用紧耦合变压器（低漏感），或在副边使用小型的 LDO 进一步稳压，以获得极低噪声的模拟轨。
4.2 零电压切换与效率
在高压输入下，LM5160 的同步整流能显著降低功耗。在布局时，务必缩小功率循环环路面积，以减少磁场辐射。
5. 结论
Fly-Buck™ 技术通过简化隔离反馈回路，在减小体积的同时降低了系统成本，特别适合通道密度日益增加的模块化 PLC。结合合理的 EMC 滤波与 TVS 防护设计，Fly-Buck 能够轻松满足工业级电磁兼容性标准，是现代 PLC 设计中的优选方案。
Fly-Buck™ 转换器在 PLC 中的隔离设计与 EMC 优化实战
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