Push/Pull-Wandlerlösungen von Voohu Electronics

Beim industriellen Elektronikdesign ist die Erzielung einer Stromversorgungsisolation und eines stabilen Ausgangs ein Schlüsselaspekt für die Gewährleistung eines zuverlässigen Systembetriebs.
VOOHU Electronics bietet eine komplette isolierte Spannungsschaltregelungslösung basierend auf einer Push-Pull-Topologie. Durch eine sorgfältig ausgewählte Kombination von Komponenten erfüllt es die Anforderungen an die isolierte Stromversorgung von Anwendungen wie Industrieservos und Kommunikationsschnittstellen.

Lösungsstruktur und technische Prinzipien
Diese Lösung (Push-Pull-Transformatorlösung)verwendet eine Push-Pull-Topologie. Durch den koordinierten Betrieb der folgenden Kernfunktionsmodule wird die Umwandlung der Eingangs-/Ausgangsspannung und die elektrische Isolierung erreicht:



Eingabefilterung
Die Lösung nutzt eine Gleichtaktinduktivität (CMC) am Stromeingang als Eingangsfilter, um Gleichtaktstörsignale aus dem Netz oder der vorgeschalteten Stromversorgung zu unterdrücken. Zu den derzeit erhältlichen Leistungs-Gleichtaktinduktivitäten gehören dieSerien 7060, 9070 und 1211. Unterschiedliche Größen und Induktivitätswerte entsprechen unterschiedlichen Nennströmen und Filtereigenschaften, sodass Entwickler den geeigneten Typ basierend auf der tatsächlichen Nennleistung auswählen können. Der Zweck der Eingangsfilterung besteht darin, die Qualität des in die Schaltgeräte eintretenden Stroms sicherzustellen und eine relativ saubere Eingangsenergie für nachfolgende Schaltkreise bereitzustellen.

Schaltschwingung
Der gefilterte Gleichstrom muss in eine hochfrequente Wechselstrom-Rechteckwelle umgewandelt werden. Dieser Vorgang wird durch elektronische Schalter bewerkstelligt. Die Lösung kann Transistoren oder MOSFETs als Schaltgeräte verwenden, die PWM-Signale (Pulsweitenmodulation) vom Controller empfangen und abwechselnd mit einer festgelegten Frequenz ein- und ausschalten. Durch diesen Hochfrequenzschaltvorgang wird der Gleichstrom in einen Hochfrequenzimpulsstrom umgewandelt, der der Primärwicklung des Gegentakttransformators zugeführt wird.

Transformation und Isolation
Der Push-Pull-Transformator ist die Kernkomponente zur Spannungsumwandlung und galvanischen Trennung. Derzeit verfügbare Transformatorserien umfassen060, 06K, 06E, 06Q und 088, die sich jeweils in der Gehäusegröße, den Pin-Definitionen und den elektrischen Parametern unterscheiden, um den unterschiedlichen PCB-Layout-Anforderungen gerecht zu werden.
Der Transformator arbeitet auf Basis elektromagnetischer Induktion: Wenn ein hochfrequenter Impulsstrom an die Primärwicklung angelegt wird, wird im Kern ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, das eine entsprechende Spannung in der Sekundärwicklung induziert. Die Ausgangsspannung wird durch das Windungsverhältnis der Primär- und Sekundärwicklung bestimmt; Während des Entwurfs kann ein geeignetes Windungsverhältnis ausgewählt werden, um die Eingangsspannung in den gewünschten Ausgangsspannungswert umzuwandeln. Gleichzeitig besteht keine direkte elektrische Verbindung zwischen Primär- und Sekundärwicklung, wodurch eine galvanische Trennung zwischen Eingangs- und Ausgangsseite erreicht wird. Dies ist entscheidend, um zu verhindern, dass hochspannungsseitige Fehler in den Niederspannungssteuerkreis gelangen.

Berichtigung und Filterung
Der hochfrequente Wechselstrom-Rechteckwellenausgang der Sekundärwicklung des Transformators muss in einen stabilen Gleichstrom umgewandelt werden, um die Last zu versorgen.
Gleichrichtung: Eine Gleichrichterschaltung auf Diodenbasis wird verwendet, um die Wechselstrom-Rechteckwelle in eine unidirektionale pulsierende Gleichstromwellenform umzuwandeln.
Filterung: Die gleichgerichtete Wellenform enthält hochfrequente Welligkeitskomponenten, die durch ein LC-Filternetzwerk, bestehend aus einem Filterkondensator und einer Filterinduktivität, geglättet werden müssen. Die Lade- und Entladeeigenschaften des Kondensators in Kombination mit der Widerstandsfähigkeit der Induktivität gegenüber Stromänderungen können plötzliche Strom- und Spannungsänderungen wirksam verhindern und letztendlich eine stabile Gleichspannung mit geringer Welligkeit ausgeben.




Typische Anwendungsszenarien

Diese Lösung hat eine breite Anwendungsbasis im Bereich der industriellen Steuerung, was sich hauptsächlich in den folgenden zwei Aspekten widerspiegelt:

Anwendung 1: Stromversorgung digitaler Isolationsschnittstellen
In industriellen Umgebungen besteht bei der Buskommunikation wie RS485 und CAN häufig das Problem von Störungen durch Erdpotenzialdifferenzen. Wenn die Stromversorgungsseite der Kommunikationsschnittstelle nicht isoliert ist, kann die Isolationsvorrichtung aufgrund einer zu hohen Gleichtaktspannung ausfallen.
Diese Lösung kann als isolierte Stromversorgung für digitale Isolations-ICs dienen und die Kommunikationsschnittstellenseite mit einer Betriebsspannung versorgen, die von der Hauptstromversorgung des Systems elektrisch isoliert ist. Wenn das Stromversorgungsende isoliert ist, kann der Kommunikationsbus tatsächlich Gleichtaktstörungen widerstehen, wodurch verhindert wird, dass das Isolationsgerät aufgrund möglicher Schwankungen auf der Baustelle seine Isolationsfunktion verliert, und die Zuverlässigkeit der Datenübertragung gewährleistet wird.

Anwendung 2: Industrielle Stromversorgung
Neben der Stromversorgung von Kommunikationsschnittstellen eignet sich diese Lösung auch für ein breiteres Spektrum industrieller Stromversorgungsszenarien. In industriellen Antriebssystemen sind häufig mehrere isolierte Hilfsstromversorgungen erforderlich, um Steuerkreise, Antriebskreise usw. mit Strom zu versorgen.
Die auf der Push-Pull-Topologie basierende Stromversorgungslösung kann eine hohe Ausgangsleistung bei gleichzeitiger Beibehaltung der Ausgangsspannungsstabilität erreichen. Durch die Auswahl geeigneter Leistungsinduktivitäten, Transformatoren und Schaltgeräte kann diese Lösung eine stabile und zuverlässige Stromversorgung für Industrieanlagen in einem weiten Eingangsspannungsbereich und unter verschiedenen Lastbedingungen bieten.


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