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  • 网络隔离变压器电路图 在 RS-232/485 中的应用 RS-232/485 是 PC 机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口,被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准.但在实际的电路应用中,RS-232/485 通信经常会受到...

    概念
    拥有两个或两上以上独立分开的线圈的变压器都可以叫隔离变压器,因为初级和次级已经完全分开(隔离) ,是通过磁场来传递能量.

    在这里插入图片描述

    网络隔离变压器电路图

    在 RS-232/485 中的应用
    RS-232/485 是 PC 机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口,被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准.但在实际的电路应用中,RS-232/485 通信经常会受到干扰及浪涌的影响,引起干扰的原因非常多,要解决干扰的问题,须先找出引起干扰的原因,再针对问题进行解决.一般采用增加隔离变压器来解决干扰的问题,这种方法主要是针对来自电源的传导干扰,可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前,同时还兼有电源电压变换的作用.可以使用隔离变压器来防护串行接口免受高频瞬态干扰损坏,这种技术正在被广泛地应用在相应的领域中,起到对接口电路及后级电路的安全隔离,保护的作用.
    但是在很多情况下,单单只使用隔离变换器还不能达到隔离保护的作用.实际上,只要电路输入端有浪涌脉冲发生的可能,或者输入端的电源不稳定(如汽车电瓶等),电路中还是会存在高频瞬态干扰的,这将会对电路造成很大损坏.一般在切换大功率感性负载,如电机,变压器,继电器等或闪电过程等,都会产生幅度很高的瞬态干扰,如果不加以适当防护,就会损坏 RS-422 或 RS-485 通信接口,甚至损坏后级电路.对于这种瞬态干扰,可以采用隔离或旁路的方法加以防护.最常用及最有效的办法是在隔离变换器的输入端接上一个 TVS 管或稳压管(低压降)外,对 TVS 管的耐压,钳位电压等参数的选择也要适当,如果耐压,钳位电压太高则起不到保护作用,太低则会影响电路的工作.

    常见应用问题
    在以太网设备中,通过 PHY 接 RJ45 时,中间都会加一个网络变压器.有的变压器中心抽 头接电源,有的又接电容到地.而且接电源时,电源值又可以不一样,3.3V,2.5V,1.8V 都有.
    这个变压器的作用到底是什么呢?
    下面是一个大概的解答:
    1,中间抽头为什么有些接电源?有些接地?这个主要是与使用的 PHY 芯片 UTP 口驱动类 型决定的,这种驱动类型有两种,电压驱动和电流驱动.电压驱动的就要接电源;电流驱动的就直接接个电容到地即可!所以对于不同的芯片,中心抽头的接法,与 PHY 有密切关系的,具体还要参看芯片的 datasheet 和参考设计了.
    2,为什么接电源时,又接不同的电压呢?这个也是所使用的 PHY 芯片资料里规定的 UTP 端口电平决定的.决定的什么电平,就得接相应的电压了.即如果是 2.5v 的就上拉到 2.5v, 如果是 3.3v 的就上拉到 3.3v.
    3.这个变压器到底是什么作用呢,可不可以不接呢.从理论上来说,是可以不需要接变压器, 直接接到 RJ45 上,也是能正常工作的.但是呢,传输距离就很受限制,而且当接到不同电平网口时,也会有影响.而且外部对芯片的干扰也很大.当接了网络变压器后,它主要用于信号电平耦合.其一,可以增强信号,使其传输距离更远;其二,使芯片端与外部隔离,抗干扰能力大大增强,而且对芯片增加了很大的保护作用(如雷击);其三,当接到不同电平(如有的 PHY 芯片是 2.5V,有的 PHY 芯片是 3.3V)的网口时,不会对彼此设备造成影响.总的来说,网络变压器主要有信号传输,阻抗匹配,波形修复,信号杂波抑制和高电压隔离等作用.

    另: 数据汞也被叫做网络变压器或可称为网络隔离变压器.它在一块网卡上所起的作用主要有两个,一是传输数据,它把 PHY 送出来的差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波以增强信号,并且通过电磁场的转换耦合到不同电平的连接网线的另外一端;一是隔离网线连接的不同网络设备间的不同电平,以防止不同电压通过网线传输损坏设备.除此而外,数据汞还能对设备起到一定的防雷保护作用.

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  • 绍了用隔离变压器降低UPS零地电压的方法,解决了UPS上电开机前零地电压低,而开机后零地电压升高的现象。
  • 网络隔离变压器

    2011-04-12 10:54:00
    数据汞是消费级PCI网卡上都具备的设备,数据汞也被叫做网络变压器或可称为网络隔离变压器。 它在一块网卡上所起的作用主要有两个,一是传输数据,它把PHY送出来的差分信号用差模耦合 的线圈耦合滤波以增强信号,并且...

    数据汞是消费级PCI网卡上都具备的设备,数据汞也被叫做网络变压器或可称为网络隔离变压器。
    它在一块网卡上所起的作用主要有两个,一是传输数据,它把PHY送出来的差分信号用差模耦合
    的线圈耦合滤波以增强信号,并且通过电磁场的转换耦合到不同电平的连接网线的另外一端;一
    是隔离网线连接的不同网络设备间的不同电平,以防止不同电压通过网线传输损坏设备。除此
    而外,数据汞还能对设备起到一定的防雷保护作用。 另外还起阻抗变换的作用。

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  • 摘要:介绍了用隔离变压器降低UPS零地电压的方法,解决了UPS上电开机前零地电压低,而开机后零地电压升高的现象。 关键词:不间断电源;隔离变压器;零地电压用户安装的某些负载(例如HP小型机、IBM服务器等),会对...
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  • 网络变压器01

    千次阅读 2018-05-07 22:36:32
    网络变压器01:分类:T1/E1隔离变压器;ISDN/ADSL接口变压器;VDSL高通/低通滤波器模块、接口变压器;T3/E3、SDH、64KBPS接口变压器;10/100BASE、1000BASE-TX网络滤波器;RJ45集成变压器;还可根据客户需要设置专用...

    网络变压器01

    分类:

    T1/E1隔离变压器;ISDN/ADSL接口变压器;VDSL高通/低通滤波器模块、接口变压器;T3/E3、SDH64KBPS接口变压器;10/100BASE1000BASE-TX网络滤波器;RJ45集成变压器;还可根据客户需要设置专用变压器。

    (蓝色部分是我们常用的)


    作用:

    主要有信号传输、阻抗匹配、波形修复、信号杂波抑制和高电压隔离等作用。


    PHY送出来的差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波以增强信号,并且通过电磁场的转换耦合到连接网线的另外一端。

            可不可以不接呢。从理论上来说,可以不需要接变压器,直接接到RJ45上,也是能正常工作的。但是,传输距离就很受限制,而且当接到不同电平网口时,也会有影响。而且外部对芯片的干扰也很大。当接了网络变压器后,它主要用于信号电平耦合。其一,可以增强信号,使其传输距离更远;其二,使芯片端与外部隔离,抗干扰能力大大增强,而且对芯片增加了很大的保护作用(如雷击);其三,当接到不同电平(如有的PHY芯片是2.5V,有的PHY芯片是3.3V)的网口时,不会对彼此设备造成影响。


    内部结构: 

    请注意一下两张图片的区别:

    (可以思考下有什么不一样,下一个更新会推出)


    上原理图:

    黄色框框:

    请在layout的时候 ,每一层都镂空;并禁止高速信号从附近走过。

    示意图:

    为什么要镂空:

    不然两边的信号会通过铺铜耦合到一块。


    蓝色框框:

    Bob Smith电路。

    是为了改善端口EMC的阻抗匹配端接处理方式,这种电路能有效的滤除共模干扰,一般能减低10dB左右的EMI衰减。


    绿色框框:

    为中心抽头部分。

    注意:

    根据中心抽头的接法,可分为电压型驱动跟电流型驱动。

    图中黑色框框的部分:

    如果上R131的话,则为电流型驱动,这里的VDD33要看具体的IC来给电压值。

    如果不上R131的话,则为电压型驱动。

    建议选用在cable端的,成本上面也比较便宜。


    扫一扫关注我的微信公众号:albert_hw

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    我以前做过隔离式的POE模块,其电路实际就是个反激式开关电源。只不过其输入电压范围比较低,为44V-57V。

     

    电路如下图,就是个flyback

           可以看到,电路中有个钳位电路,用来抑制电压尖峰,就在初级线圈那里。

    问题

     抑制尖峰通常有2种电路,一种叫RCD钳位,另外一种是用TVS管+二极管钳位

    这两种实际中都有用,今天我不想讨论它们的区别,只想说明一个问题:

    为什么不能只用一个二极管搞定?像继电器电路那样?不也能抑制尖峰吗?

    答案自然是不行的,如果用一句话解释为什么不行,那就是因为存在反射电压

    那么什么是反射电压呢?

     

    反射电压

     如果我们从能量的角度来看,反射电压,其实就比较简单了。

    图中我将变压器画成含磁芯的,这样更接近容易理解,下面看看开关过程。

     

    1、在开关接通的时候

    初级线圈电流慢慢增大,变压器的磁芯中磁通量也慢慢增大,也就是说来自源端的电能慢慢变成磁场能量

    从同名端可以知道,初级电压是上正下负,所以次级是上负下正,所以此时次级线圈二极管反向截止,次级相当于开路,电流为0。

    电流为0又说明什么呢?

    说明变压器上面虽然次级挂了线圈,但是既不会通过次级线圈往外释放能量,也不会存储能量。所以次级线圈对初级的线圈的充电完全没有任何影响,可以当次级线圈不存在(当然前提是忽略其它寄生参数的影响,现在的电路模型中各个元器件看作是理想的)。

    我们去掉次级线圈,再看看变压器,只剩下了初级线圈,这不就是个电感吗?

    所以呢,此时整个变压器就相当于是一个电感了,充入的能量为1/2*L*I^2。L为变压器的初级电感。

    好吧,我居然一不小心说明了为啥反激式变压器就是一个电感。。。

     

    2、开关断开瞬间

    开关断开,那么初级线圈电流马上变为0(不考虑漏感及其它寄生参数)。

    我们常说电感电流不能突变,那现在岂不是突变了吗?那还玩个屁?

    先说明一点,我们常说电感电流不能突变,电容电压不能突变。这是个结论,又是怎么来的呢?

     

    我觉得更本质的原因应该是说能量不能凭空消失,只能相互转化,从一种能量转化为另外一种能量

     

    电感通了电流,就有了磁场能,能量大小是1/2*L*I^2。如果电感电流很快变为0,那意味着磁场能很快没有了,那一定是转化为别的能量,一般来说就是电场能了。

    在没有专门泄放路径的情况下,磁场能量只能转存在寄生电容里面。既然是寄生电容,那电容C就很小,所以根据电场能公式1/2*C*U^2,如此,便导致电压U非常大

     

    或者更准确的说,是电感会找到电容,形成新的放电回路,这样就形成了LC电路荡起来了啦,能量在L和C之间倒腾来倒腾去,而这个过程中会存在电压尖峰(会存在一个时刻,电感存的能量为0,能量全在电容里面,此时电压最高)。

    当然了,因为实际都不是超导体,肯定有R存在,部分能量变为热能了,所以振荡的峰值也就越来越低了。

    注:上面的说法仅仅是举个例子,实际电路中各种各样,电容并不一定是电感的寄生电容,而可能是其他器件的。

    同理,电容电压不能突变也可以这么理解。

     

    回到正题,开关断开,此时变压器发生了什么呢?

     开关断开,初级线圈电流为0,此时磁芯中的磁场能该何去何从呢?

    其实并不需要瞬间将磁场能释放到0,因为有次级线圈的存在

     

    因为初级线圈和次级线圈是绑在一个磁芯上面的,所以一开始初级线圈通电时,产生的磁通量也全部会穿过次级线圈(忽略漏感)。

    而初级线圈突然断电,此时磁芯中的磁场能怎么办呢?又不能凭空消失,是产生高压变成电场能吗?

     

    往哪里转移我们先不管,总之一点就是,没有了电源来输入,并且初级线圈已经没电流啦,它不能成为磁场能持续存在的原因,所以变压器一定想办法找其它原因来保持住自己的磁场能。

    在找到磁场能保持住的原因之前,磁场能肯定是减小的,因为还没找到保持住的原因嘛。

    所以磁芯中的磁通量是往磁通量减小的方向变化

    根据电磁感应定律,磁通量减小,在次级线圈上面感应到上正下负的电压,那这个电压是多少呢?

    一方面,这个二极管是一定要导通的。

    因为如果二极管不导通,那么次级线圈就没有电流存在,而初级线圈也没有电流存在,也就是说还没找到磁场能保持住的原因(电流是磁场存在的原因),所以磁通量还得降,电压进一步升高。

     

    另一方面,在次级线圈上面感应的电压不可能很大

    在电压大到一定值的时候,那么二极管一定会导通,这样次级线圈就形成了电流回路。

    如此一来,次级线圈中就有了电流,磁场能量保持住的原因就有了---次级线圈电流。既然磁场能存在的方式有了,那么就不用再升高电压了。

    因为接着升高电压,那么电流会很大,因为我们讨论的是一瞬间的事情,电容相当于短路的。

    电流很大,那么磁芯中的磁场能根据公式1/2*L*I^2也会非常大(这里的L是次级线圈电感)。显然这是不可能的,磁场能量不会变得比开关断开之前还多

     

    所以次级线圈的电压就是Vout+Vd,不会是无穷大。二极管处于导通的状态电压就不会再升了,电流可以根据W0=1/2*L*I^2计算出来初始值,这里的L为次级线圈的电感量,W0为开关断开时磁芯中的磁场能量。

     

    以上的表述只是一个因果关系,实际这就是一个瞬间的过程

    所以,开关断开时,原本由初级线圈电流产生的磁场能量,瞬间由次级线圈中的电流接管,它们是无缝链接的

    如果只看这一瞬间,磁芯中的磁场能量并没有立即转化成别的能量,只是成因从初级线圈变成了次级线圈,初级线圈电流突变为0,次级线圈电流突然就有了。

     

    3、开关断开后的一段时间

    随后磁场能量被次级的负载慢慢消耗,同时也给电容充电,只要磁场能量不为0,那么次级线圈就必须有电流存在(因为电流是磁场存在的原因)。因此,在下一次开关接通之前,次级线圈的电压基本就是Vout+Vd保持不变

    也就是说,开关断开后,在下一次开关接通之前,次级线圈的电压都是Vout+Vd。

    这个电压是怎么产生的呢?是由于磁芯中磁通量的减小感应出的。

    初级线圈和次级线圈绕在同一个磁芯上面。次级线圈感应出的电压是Vout+Vd,根据匝数比,那么初级线圈感应出的电压就是:

    U初=N*(Vout+Vd)N为匝数比。

    没错,这玩意就是反射电压

     

    问题答案

     花了大量的篇幅讲了反射电压,这跟前面的问题有什么关系吗?

    初级线圈的尖峰抑制电路如果只用一个二极管为什么不行?

    其实理解了前面的内容,这个问题就很容易了。

     

    如果我们直接接一个二极管,那么在次级线圈感应出的电压达到Vout+Vd之前,初级线圈感应的电压已经让二极管导通了。

    因为次级电压只要达到了(1/N)*Vd,初级电压就能达到Vd,初级二极管就导通了。磁场能量已经找到了释放的突破口(通过初级的二极管形成的电流回路),将会全部从这个二极管释放掉,次级线圈的电压根本就达不到Vout+Vd。

    也就是说次级线圈的二极管根本就不会导通,次级线圈电流一直为0,最终的结果可想而知,这个电源要是能用也是见鬼了。

     

    所以,在次级二极管导通之前,初级线圈一定不能提前形成较大的电流通路,不然能量都被初级消耗掉了,还如何传递给后级负载呢?

    特别是使用TVS管的电路,TVS管的击穿电压一定不能太低,决不能低于反射电压

     

    结尾

    本节内容就到这里了,原本我是想找几个二极管电路。结果看到这里,一时想到这问题,就研究了一下。

    大家应该看出来了吧,这其实就是我的学习笔记。

    不能保证都是对的,如果有错漏,请在留言区指出,我也不想把大家带歪了。。。

     

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