在工业自动化和控制系统中，许多应用需要提供绝缘的正负电压轨，同时保持成本和复杂度最小化。尤其是在可编程逻辑控制器（PLC）、传感器、过程仪表等设备中，设计者需要面对宽输入电压范围、多输出、小体积、高可靠性以及电磁兼容性（EMC）等挑战。本文主要讨论PLC应用中的电源设计要求，特别是如何通过Fly-Buck™转换器解决隔离与电磁兼容性问题。
1. PLC I/O模块概述
PLC I/O模块是PLC系统中用于与现场设备连接的核心组件。在模块化机架式PLC系统中，I/O模块插入机架并与PLC的背板连接，承担着与现场设备的物理连接。该系统通常包括微控制器、数据转换器、隔离器、输入放大器、电压电流输出驱动器、参考电压源、通信接口等。在PLC应用中，常见的模拟I/O信号范围包括0-5V、0-10V、±5V、±10V，或电流信号范围如4-20mA、0-20mA。
2. 工业设备的电磁兼容性与安全要求
根据欧盟的EMC指令（2014/30/EU）和低电压指令（2014/35/EU），在欧盟市场销售的工业设备必须符合电磁兼容性（EMC）和电气安全要求。PLC设备的EMC和安全要求由一系列国际标准定义，其中包括EN 61131-2（PLC专用要求）以及EN 61000系列（针对电磁干扰的抗扰性标准）。这些标准覆盖了静电放电（ESD）、快速电磁干扰（EFT）、雷击浪涌等方面的要求。
3. 选择电源解决方案
在选择PLC电源时，首先要考虑输入电压范围和输出电流的要求。对于PLC应用，特别是当系统需要多个隔离电压轨时，Fly-Buck™转换器因其在宽输入电压范围内的出色表现，成为一种理想的选择。Fly-Buck转换器采用同步降压调节器，无需反馈光耦和补偿误差放大器，通过主侧反馈调节和恒定开关时间控制（COT）技术，具有快速的瞬态响应。
Fly-Buck转换器的另一个优势是其能够提供多输出配置，适用于空间受限的设计。通过简单地增加变压器副边线圈和整流二极管，可以轻松实现双输出、三输出甚至四输出，非常适合PLC应用，满足日益增加的通道数量和功能密度的需求。
4. Fly-Buck™ 转换器的实施与EMC优化
以LM5160同步降压调节器为例，Fly-Buck转换器可以在PLC应用中提供±12V的绝缘电压轨。该电源解决方案包括EMC滤波器、共模电感、X/Y电容、阻尼电阻、双向瞬态电压抑制器（TVS）和反向极性保护二极管等关键组件，确保其符合EMC要求。Fly-Buck转换器还具有较低的谐波含量，相比传统的飞返式转换器，能够有效减少EMC噪声。
Fly-Buck转换器对漏感的容忍度较高，能够承受较大的电压尖峰，这使得其在应对输入电压瞬变时具有更高的工作电压裕度。此外，Fly-Buck转换器还能够通过选择合适的TVS二极管和Y电容，将外部瞬变电流有效地引导至接地，从而保护电路免受损害。
5. 结论
PLC应用对于电源设计的要求非常独特，需要同时满足电气隔离、电磁兼容性和安全性等多个方面的标准。Fly-Buck™转换器凭借其小巧的尺寸、卓越的瞬态响应、EMC合规性和低材料成本，成为满足PLC电源需求的理想解决方案。随着隔离要求的日益提高，Fly-Buck技术将在工业应用中继续发挥重要作用。