模塊電源在工業(yè)控制行業(yè)中的應(yīng)用

隨著我國電子工業(yè)的不斷發(fā)展，各個(gè)行業(yè)對(duì)各種工業(yè)級(jí)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(xiàn)產(chǎn)品在質(zhì)量、性能等方面的提升等方面，就要對(duì)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)展的首要問題。在工業(yè)控制行業(yè)，一般多采用24V總線電源，其電壓變化范圍較大，若在距離較遠(yuǎn)的情況下可能達(dá)到30%的變化甚至更高，如果在產(chǎn)品中沒有采取一些安全措施及保護(hù)電路而直接將電量引入控制芯片做為產(chǎn)品的前級(jí)電源，會(huì)因電路中的電壓波動(dòng)和干擾會(huì)對(duì)系統(tǒng)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(tǒng)的線性電源做為產(chǎn)品的內(nèi)部電源，無論是從體積、輸出電壓精度，還是轉(zhuǎn)換效率，都遠(yuǎn)不能滿足高可靠性、高穩(wěn)定性，提倡節(jié)能降耗，安全第一的新世紀(jì)主題。

鑒于此種情況，我們對(duì)現(xiàn)有電源產(chǎn)品進(jìn)行深入研究，發(fā)現(xiàn)其主要問題是：產(chǎn)品尺寸大、啟動(dòng)電流大、低壓失控、輸出精度低等問題。針對(duì)這一系列問題，MORNSUN公司不斷努力，對(duì)模塊電源從電路設(shè)計(jì)、制造工藝，到檢測(cè)等項(xiàng)目進(jìn)行全線創(chuàng)新 ，現(xiàn)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(dá)2:1，轉(zhuǎn)換效率高達(dá)85-89%，并且滿足工業(yè)級(jí)-40~~+85℃的工作條件下滿負(fù)載長(zhǎng)期工作，可抑制電磁干擾和消除接地環(huán)路，保護(hù)系統(tǒng)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(yīng)用如圖所示。

圖1 DC/DC在一般電路中的應(yīng)用

MORNSUN模塊電源產(chǎn)品應(yīng)用于工控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于在電路設(shè)計(jì)方面，采用軟啟動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)電流僅為1～1.3倍于工作電流。同時(shí)我們通過優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，解決了當(dāng)輸入電壓變得很低時(shí)，輸出電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常輸出電壓值的問題。當(dāng)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，為滿足一些對(duì)EMI要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域，MORNSUN公司還開發(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、漏焊等問題，部分產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)無鉛工藝，滿足國際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)工程師管控來料及產(chǎn)品整個(gè)生產(chǎn)流程，同時(shí)考慮到模塊電源對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的影響程度較大，我們對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行老化測(cè)試，以避免模塊電源在使用中發(fā)生故障，保障產(chǎn)品達(dá)到恒定的可靠性(平均無故障時(shí)間均>350萬小時(shí))。在工控行業(yè)中，考慮到其工作環(huán)境有可能在戶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的雷擊等情況，單單采用模塊電源進(jìn)行隔離保護(hù)，會(huì)略顯不足。為了更好地保護(hù)DC/DC電源模塊及后級(jí)電路，現(xiàn)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(hù)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(duì)微波噪聲要求較高場(chǎng)合中的應(yīng)用

采用共模扼圈可以很大程度上抑制共模信號(hào)的干擾，一方面可防止前級(jí)電源對(duì)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(duì)前級(jí)電路的影響。另外，對(duì)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(duì)模塊的噪聲紋波進(jìn)行抑制。但是要注意的是對(duì)其濾波電路參數(shù)的選擇一定要適當(dāng)，特別是輸出電容值C2一定要避免過大，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10uF);對(duì)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(duì)干擾較強(qiáng)或EMC要求較嚴(yán)格的電路，應(yīng)考慮在輸入端加上自恢復(fù)FUSE及TVS管進(jìn)行一級(jí)防護(hù)，使得有效地將過高的脈沖干擾電壓鉗制在模塊可承受值范圍之內(nèi)，并在輸出端也增加共模扼流圈FILTER2或安規(guī)電容。如圖3示：

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