模塊電源在工控行業(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，要實現(xiàn)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，若在距離較遠的情況下可能達到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，會因電路中的電壓波動和干擾會對系統(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，我們對現(xiàn)有電源產(chǎn)品進行深入研究，發(fā)現(xiàn)其主要問題是：產(chǎn)品尺寸大、啟動電流大、低壓失控、輸出精度低等問題。針對這一系列問題，MORNSUN公司不斷努力，對模塊電源從電路設(shè)計、制造工藝，到檢測等項目進行全線創(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2:1，轉(zhuǎn)換效率高達85-89%，并且滿足工業(yè)級-40~~+85℃的工作條件下滿負載長期工作，可抑制電磁干擾和消除接地環(huán)路，保護系統(tǒng)電路免受外部網(wǎng)絡(luò)影響，同時可以降低功耗，簡化電路。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)勢在于在電路設(shè)計方面，采用軟啟動技術(shù)，實現(xiàn)啟動電流僅為1～1.3倍于工作電流。同時我們通過優(yōu)化電路設(shè)計，解決了當(dāng)輸入電壓變得很低時，輸出電壓遠遠低于正常輸出電壓值的問題。當(dāng)輸入電壓很低時，輸出電壓仍保持基本正常的電壓值。另外，為滿足一些對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)品采用了先進的微點焊技術(shù)，解決了產(chǎn)品的斷絲、漏焊等問題，部分產(chǎn)品實現(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)品整個生產(chǎn)流程，同時考慮到模塊電源對系統(tǒng)設(shè)備的影響程度較大，我們對產(chǎn)品進行老化測試，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（平均無故障時間均>350萬小時）。

　　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行隔離保護，會略顯不足。為了更好地保護DC/DC電源模塊及后級電路，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行抑制。但是要注意的是對其濾波電路參數(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(yán)格的電路，應(yīng)考慮在輸入端加上自恢復(fù)FUSE及TVS管進行一級防護，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在對抗干擾要求較高場合中的應(yīng)用;    但要注意的是，對于TVS管的選擇一定要根據(jù)不同場合來選擇相應(yīng)功率和電壓值，這樣才能有效的防止由于瞬間強烈干擾所造成的影響。如TVS管選擇的電壓值過低將會影響模塊的正常工作，電壓值選得過高，又將會對電源模塊及后級電路起不到安全保護的作用。另外，對于有長期脈沖沖擊時,還要考慮持久過壓過流鉗制電路保護。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）。