模块电源在工控行业中的应用 - 全文

随着我国电子工业的不断发展，各个行业对各种工业级产品的质量、技术等要求也都在不断地提高，要实现产品在质量、性能等方面的提升等方面，就要对产品进行技术创新，因此技术创新成为了企业发展的首要问题。在工业控制行业，一般多采用24V总线电源，其电压变化范围较大，若在距离较远的情况下可能达到30%的变化甚至更高，如果在产品中没有采取一些安全措施及保护电路而直接将电量引入控制芯片做为产品的前级电源，会因电路中的电压波动和干扰会对系统造成很大的影响。究其关键，首先是要从产品的供电部分（即电源）做起。

　　清华微电子推出高频管分立器件裸片，已做到9G截止频率。如采用传统的线性电源做为产品的内部电源，无论是从体积、输出电压精度，还是转换效率，都远不能满足高可靠性、高稳定性，提倡节能降耗，安全第一的新世纪主题。

　　鉴于此种情况，我们对现有电源产品进行深入研究，发现其主要问题是：产品尺寸大、启动电流大、低压失控、输出精度低等问题。针对这一系列问题，MORNSUN公司不断努力，对模块电源从电路设计、制造工艺，到检测等项目进行全线创新 ，现推出了1W、3W、5W、10W等不同功率的宽电压模块电源，其输入电压有5（4.5～9）VDC、12（9～18）VDC、24（18～36）VDC、48（36～72）VDC四种，输入电压变化范围达2:1，转换效率高达85-89%，并且满足工业级-40~~+85℃的工作条件下满负载长期工作，可抑制电磁干扰和消除接地环路，保护系统电路免受外部网络影响，同时可以降低功耗，简化电路。其具体应用如图所示。

图1 DC/DC在一般电路中的应用

　　MORNSUN模块电源产品应用于工控系统的优势在于在电路设计方面，采用软启动技术，实现启动电流仅为1～1.3倍于工作电流。同时我们通过优化电路设计，解决了当输入电压变得很低时，输出电压远远低于正常输出电压值的问题。当输入电压很低时，输出电压仍保持基本正常的电压值。另外，为满足一些对EMI要求较高的应用领域，MORNSUN公司还开发了采用金属屏蔽封装的宽电压输入系列模块电源。在工艺方面，产品采用了先进的微点焊技术，解决了产品的断丝、漏焊等问题，部分产品实现无铅工艺，满足国际RoHS指令要求，引领环保新概念。在品质方面，由资深品质工程师管控来料及产品整个生产流程，同时考虑到模块电源对系统设备的影响程度较大，我们对产品进行老化测试，以避免模块电源在使用中发生故障，保障产品达到恒定的可靠性（平均无故障时间均>350万小时）。

　　在工控行业中，考虑到其工作环境有可能在户外或是高电压高磁场等环境，有可能存在脉冲浪涌或遭遇突如其来的雷击等情况，单单采用模块电源进行隔离保护，会略显不足。为了更好地保护DC/DC电源模块及后级电路，现以MORNSUN公司的宽电压产品WRB2405P-3W（Vin:18-36V, Vout:5V/3W,隔离1000VDC）为例，提出以下防护方案以供参考：

　　方案一 共模干扰电路中的一些共模干扰，我们可以考虑在模块的输入端采用共模扼流圈FILTER2进行抑制（MORNSUN公司有此配套产品），如图2所示。

图2 DC/DC在对微波噪声要求较高场合中的应用

　　采用共模扼圈可以很大程度上抑制共模信号的干扰，一方面可防止前级电源对模块电源的干扰，另一方面又可隔断模块电源由于自身产生的噪声对前级电路的影响。另外，对于较高要求的场合可在输入输出端加上滤波网络LC，如图2：可有效地对模块的噪声纹波进行抑制。但是要注意的是对其滤波电路参数的选择一定要适当，特别是输出电容值C2一定要避免过大，以防止模块启动不良或损坏（宽电压模块一般建议采用100uF、定电压一般建议不超过10uF）；对于L1/L2建议选用几十uH，要注意避免太大，以防止引起振荡,同时还要考虑不要与模块产生谐振。

　　方案二 高电压脉冲冲击

　　 输入端有时还存在有高电压脉冲冲击的可能，以及对干扰较强或EMC要求较严格的电路，应考虑在输入端加上自恢复FUSE及TVS管进行一级防护，使得有效地将过高的脉冲干扰电压钳制在模块可承受值范围之内，并在输出端也增加共模扼流圈FILTER2或安规电容。如图3示：

　　图3 DC/DC在对抗干扰要求较高场合中的应用;    但要注意的是，对于TVS管的选择一定要根据不同场合来选择相应功率和电压值，这样才能有效的防止由于瞬间强烈干扰所造成的影响。如TVS管选择的电压值过低将会影响模块的正常工作，电压值选得过高，又将会对电源模块及后级电路起不到安全保护的作用。另外，对于有长期脉冲冲击时,还要考虑持久过压过流钳制电路保护。安规电容C3值建议选用47-100pF，耐压值的选择应≥隔离电压值（1000、3000.6000VDC）。