模塊電源在工控行業(yè)中的兩個應(yīng)用方案解析

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(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，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，經(jīng)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，很多模塊電源廠商競爭激烈，對模塊電源從電路設(shè)計、制造工藝，到檢測等項目進(jìn)行全線創(chuàng)新，模塊電源廠商推各種功率等級 的模塊，允許輸入電壓波動范圍最高高達(dá)50%，轉(zhuǎn)換效率高達(dá)85-90%，并且滿足工業(yè)級-40～～+85℃的工作條件下滿負(fù)載長期工作，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，同時可以降低功耗，簡化電路。

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(jìn)行隔離保護(hù)，會略顯不足。為了更好地保護(hù)DC/DC電源模塊及后級電路，需要加一定的外圍電路來更好的防護(hù)：

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進(jìn)行抑制，如下圖所示：

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(jìn)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(jìn)行一級防護(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或安規(guī)電容。如下圖所示：

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(hù)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(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)。