作者： Steven Keeping

作為一名初出茅廬的制造工程專業(yè)畢業(yè)生，我首份工作的一部分職責(zé)是協(xié)助一位高級工程師為高端工業(yè)比例積分微分 (PID) 控制器設(shè)計 AC/DC 開關(guān)電源。我所謂的“協(xié)助”，不過時端茶送水、在面包板上找元件。但是，他象是一位既耐心又博學(xué)的導(dǎo)師，短短幾周的時間我就掌握了電源系統(tǒng)設(shè)計的全部流程，這比我在大學(xué)的整個學(xué)期學(xué)到的還要多。

后來，我竟獨立完成了一兩套實用的開關(guān)電源設(shè)計方案，不過我的方案借鑒了這位高級工程師的架構(gòu)，當(dāng)然經(jīng)過了他同意的。

幾年后，我所在的公司發(fā)現(xiàn)購買現(xiàn)成的第三方模塊化 AC/DC 電源比自己研發(fā)制造更劃算。這種做法雖使設(shè)計人員的創(chuàng)新樂趣有所減損，但我們的經(jīng)驗在選擇符合產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的最優(yōu)商用方案過程中仍不可或缺。

電源與應(yīng)用之間的匹配

通過了解諸如效率、輸入浪涌電流、紋波和噪聲以及啟動過沖電壓等工程參數(shù)，我們能夠測試、驗證商業(yè)解決方案，以確保這些方案符合工業(yè) PID 控制器的功率需求，并提供良好的調(diào)節(jié)性能，更長的平均故障間隔時間 (MTBF)。

然而，將商業(yè)解決方案與應(yīng)用的產(chǎn)品規(guī)格相匹配說起來容易做起來難，因為當(dāng)時每個供應(yīng)商提供的解決方案往往僅限于幾個型號。除此之外，鑒于我們的預(yù)算限制，可選的型號就變得更少了。這通常意味著指定一個能夠合理工作的電源，通常代表著做出某種妥協(xié)。

例如，有時我們最終會使用商用電源，雖然它可以充分滿足控制器電流和電壓的要求，但通常會在其最有效的輸出范圍之外運行，且低負(fù)載時尤其如此。結(jié)果，造成了我們本可以避免的額外功耗和熱管理挑戰(zhàn)。

擴大范圍

模塊化電源領(lǐng)域經(jīng)過了數(shù)十年突飛猛進的變化，較之筆者當(dāng)年的草創(chuàng)設(shè)計，已然實現(xiàn)了飛躍?，F(xiàn)在，商業(yè)現(xiàn)貨解決方案的選擇范圍令人驚嘆，而且完全不受預(yù)算緊張的限制。

以 TRACO Power 的工業(yè) AC/DC 電源系列為例。該公司在其已經(jīng)很廣泛的 TXN 系列中增加了四個新的功率級。這些電源現(xiàn)在具有 35 W、200 W、350 W 或 800 W 輸出功率版本，并且可為每個功率級指定 12 V、15 V 、24 V 或 48 V 輸出電壓。對于 35 W 版本，還提供了 3.3 V 和 5 V 選擇。該系列產(chǎn)品還包括以下型號：TXN 35-124（35 W、24 W AC/DC 電源）、TXN 200-124（200 W、24 V）、TXN 350-115（350 W、15 V）（圖 1），以及 TXN 800-148 （800 W、48 V）。

圖 1：TXN 350-115 350 W 電源在 90 V 至 260 V AC 輸入下提供 15 V DC 輸出電壓。（圖片來源：TRACO Power）

該系列電源采用框架式金屬外殼，配備螺紋端子塊式連接器，是該公司最具性價比的封閉式 AC/DC 電源產(chǎn)品。其特性包括：3000 VAC 增強型 I/O 隔離、內(nèi)置 EN55032 B 類濾波器（用于減少傳導(dǎo)和輻射發(fā)射）、100 W 以上有源功率因數(shù)校正 (PFC)、IEC/EN/UL 62368-1 安全認(rèn)證，以及符合 EN 61000-3-2 電磁兼容性 (EMC) 標(biāo)準(zhǔn)。這些電源甚至配備了內(nèi)部風(fēng)扇進行強制冷卻。

價格實惠，性能卓越

然而，TRACO Power TXN 系列電源不僅實現(xiàn)了高性價比，還保持了應(yīng)有的性能。例如，TXN 350-115 的輸入電壓范圍為 90 V 至 260 VAC，工作溫度范圍為 -30?C 至 70?C。這款電源提供可調(diào)節(jié)標(biāo)稱輸出電壓 (V out(nom) )，范圍為 13.5 V 至 15.5 V，最大輸出電流 (I out(max) ) 為 22 A，最大輸出功率為 330 W。

在 230 V 輸入下，有源 PFC 為 0.95。電壓設(shè)定精度為 ±1%，在 10% 至 90% 的負(fù)載變化范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)率變化 1%，輸出電壓紋波最大為 150 mV 峰峰值 (mV pp )（圖 2）。這款電源具有 110% 至 160% Iout(max) 輸出限流值和 110% 至 140% Vout(nom) 過壓保護。MTBF 為 230,600 小時。

圖 2：TXN 350-115 的最大輸出電壓紋波為 150 mVp-p，這有助于緩解 EMC 問題。（圖片來源：TRACO Power）

TRACO 電源具有平坦的效率曲線，這有助于化解筆者早年使用較小電源時遭遇到的溫度和功率耗散問題。即使在 20% 左右相對較低的負(fù)載下，TXN 350-115 也能實現(xiàn) 75% 以上的效率（圖 3）。

圖 3：TXN 350-115 在負(fù)載超過 20% 時效率可超過 75%。這有助于化解功耗難題。（圖片來源：TRACO Power）

結(jié)語

雖然我喜歡從頭開始設(shè)計板外 AC/DC 工業(yè)電源，但現(xiàn)成的解決方案可為我節(jié)省項目時間，讓工程團隊專注于最終產(chǎn)品的其他方面。此外，當(dāng)今電源產(chǎn)品的選擇范圍如此廣泛，以至于可以找到一種幾乎能夠為任何應(yīng)用提供最佳性能和效率的解決方案。