模塊電源在工業(yè)控制行業(yè)中的應用

隨著(zhù)我國電子工業(yè)的不斷發(fā)展，各個(gè)行業(yè)對各種工業(yè)級產(chǎn)品的質(zhì)量、技術(shù)等要求也都在不斷地提高，要實(shí)現產(chǎn)品在質(zhì)量、性能等方面的提升等方面，就要對產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)創(chuàng )新，因此技術(shù)創(chuàng )新成為了企業(yè)發(fā)展的首要問(wèn)題。在工業(yè)控制行業(yè)，一般多采用24V總線(xiàn)電源，其電壓變化范圍較大，若在距離較遠的情況下可能達到30%的變化甚至更高，如果在產(chǎn)品中沒(méi)有采取一些安全措施及保護電路而直接將電量引入控制芯片做為產(chǎn)品的前級電源，會(huì )因電路中的電壓波動(dòng)和干擾會(huì )對系統造成很大的影響。究其關(guān)鍵，首先是要從產(chǎn)品的供電部分(即電源)做起。

清華微電子推出高頻管分立器件裸片，已做到9G截止頻率。如采用傳統的線(xiàn)性電源做為產(chǎn)品的內部電源，無(wú)論是從體積、輸出電壓精度，還是轉換效率，都遠不能滿(mǎn)足高可靠性、高穩定性，提倡節能降耗，安全第一的新世紀主題。

鑒于此種情況，我們對現有電源產(chǎn)品進(jìn)行深入研究，發(fā)現其主要問(wèn)題是：產(chǎn)品尺寸大、啟動(dòng)電流大、低壓失控、輸出精度低等問(wèn)題。針對這一系列問(wèn)題，MORNSUN公司不斷努力，對模塊電源從電路設計、制造工藝，到檢測等項目進(jìn)行全線(xiàn)創(chuàng )新 ，現推出了1W、3W、5W、10W等不同功率的寬電壓模塊電源，其輸入電壓有5(4.5～9)VDC、12(9～18)VDC、24(18～36)VDC、48(36～72)VDC四種，輸入電壓變化范圍達2:1，轉換效率高達85-89%，并且滿(mǎn)足工業(yè)級-40~~+85℃的工作條件下滿(mǎn)負載長(cháng)期工作，可抑制電磁干擾和消除接地環(huán)路，保護系統電路免受外部網(wǎng)絡(luò )影響，同時(shí)可以降低功耗，簡(jiǎn)化電路。其具體應用如圖所示。

圖1 DC/DC在一般電路中的應用

MORNSUN模塊電源產(chǎn)品應用于工控系統的優(yōu)勢在于在電路設計方面，采用軟啟動(dòng)技術(shù)，實(shí)現啟動(dòng)電流僅為1～1.3倍于工作電流。同時(shí)我們通過(guò)優(yōu)化電路設計，解決了當輸入電壓變得很低時(shí)，輸出電壓遠遠低于正常輸出電壓值的問(wèn)題。當輸入電壓很低時(shí)，輸出電壓仍保持基本正常的電壓值。另外，為滿(mǎn)足一些對EMI要求較高的應用領(lǐng)域，MORNSUN公司還開(kāi)發(fā)了采用金屬屏蔽封裝的寬電壓輸入系列模塊電源。在工藝方面，產(chǎn)品采用了先進(jìn)的微點(diǎn)焊技術(shù)，解決了產(chǎn)品的斷絲、漏焊等問(wèn)題，部分產(chǎn)品實(shí)現無(wú)鉛工藝，滿(mǎn)足國際RoHS指令要求，引領(lǐng)環(huán)保新概念。在品質(zhì)方面，由資深品質(zhì)工程師管控來(lái)料及產(chǎn)品整個(gè)生產(chǎn)流程，同時(shí)考慮到模塊電源對系統設備的影響程度較大，我們對產(chǎn)品進(jìn)行老化測試，以避免模塊電源在使用中發(fā)生故障，保障產(chǎn)品達到恒定的可靠性(平均無(wú)故障時(shí)間均>350萬(wàn)小時(shí))。在工控行業(yè)中，考慮到其工作環(huán)境有可能在戶(hù)外或是高電壓高磁場(chǎng)等環(huán)境，有可能存在脈沖浪涌或遭遇突如其來(lái)的雷擊等情況，單單采用模塊電源進(jìn)行隔離保護，會(huì )略顯不足。為了更好地保護DC/DC電源模塊及后級電路，現以MORNSUN公司的寬電壓產(chǎn)品WRB2405P-3W(Vin:18-36V, Vout:5V/3W,隔離1000VDC)為例，提出以下防護方案以供參考：

方案一 共模干擾電路中的一些共模干擾

我們可以考慮在模塊的輸入端采用共模扼流圈FILTER2進(jìn)行抑制(MORNSUN公司有此配套產(chǎn)品)，如圖2所示。

圖2 DC/DC在對微波噪聲要求較高場(chǎng)合中的應用

采用共模扼圈可以很大程度上抑制共模信號的干擾，一方面可防止前級電源對模塊電源的干擾，另一方面又可隔斷模塊電源由于自身產(chǎn)生的噪聲對前級電路的影響。另外，對于較高要求的場(chǎng)合可在輸入輸出端加上濾波網(wǎng)絡(luò )LC，如圖2：可有效地對模塊的噪聲紋波進(jìn)行抑制。但是要注意的是對其濾波電路參數的選擇一定要適當，特別是輸出電容值C2一定要避免過(guò)大，以防止模塊啟動(dòng)不良或損壞(寬電壓模塊一般建議采用100uF、定電壓一般建議不超過(guò)10uF);對于L1/L2建議選用幾十uH，要注意避免太大，以防止引起振蕩,同時(shí)還要考慮不要與模塊產(chǎn)生諧振。

方案二 高電壓脈沖沖擊

輸入端有時(shí)還存在有高電壓脈沖沖擊的可能，以及對干擾較強或EMC要求較嚴格的電路，應考慮在輸入端加上自恢復FUSE及TVS管進(jìn)行一級防護，使得有效地將過(guò)高的脈沖干擾電壓鉗制在模塊可承受值范圍之內，并在輸出端也增加共模扼流圈FILTER2或安規電容。如圖3示：

圖3 DC/DC在對抗干擾要求較高場(chǎng)合中的應用；但要注意的是，對于TVS管的選擇一定要根據不同場(chǎng)合來(lái)選擇相應功率和電壓值，這樣才能有效的防止由于瞬間強烈干擾所造成的影響。如TVS管選擇的電壓值過(guò)低將會(huì )影響模塊的正常工作，電壓值選得過(guò)高，又將會(huì )對電源模塊及后級電路起不到安全保護的作用。另外，對于有長(cháng)期脈沖沖擊時(shí)，還要考慮持久過(guò)壓過(guò)流鉗制電路保護。安規電容C3值建議選用47-100pF，耐壓值的選擇應≥隔離電壓值(1000、3000.6000VDC)。