作者：Steven Keeping

投稿人：DigiKey 北美編輯

隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 和工廠 4.0 技術(shù)的應(yīng)用，向工廠自動化的轉(zhuǎn)變正在加速進行。堅固耐用的電源是這些技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施。因此，設(shè)計人員必須能夠快速部署支持各種電壓水平的可靠電源，以滿足制造設(shè)施的自動化、網(wǎng)絡(luò)化以及測試和測量設(shè)備需求。

為了滿足這一需求，設(shè)計人員可以自己構(gòu)建電源，這可能既昂貴又耗時，還有一種選擇是在預(yù)算范圍內(nèi)找到適合相應(yīng)任務(wù)的現(xiàn)成解決方案。無論哪種解決方案，都必須符合電磁兼容性 (EMC) 和安全標準，同時還要滿足電磁干擾 (EMI) 法規(guī)的要求。此外，工廠自動化電源還必須具備保護功能，這樣才適合用于工業(yè)環(huán)境。

本文簡要討論了工廠自動化應(yīng)用對交流/直流電源的要求，并概述了關(guān)鍵性能和外形尺寸選擇標準。然后作為可隨時部署的產(chǎn)品示例，介紹了 [RECOM Power] 的 DIN 導(dǎo)軌電源。

用于工廠自動化的電源

工廠自動化還包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及測試和測量工具，并且在很大程度上依賴于堅固耐用且可靠的電源。電源要求因應(yīng)用和設(shè)備而異。典型的解決方案是將市電交流電壓（90 VAC 至 264 V AC ，各國略有不同）轉(zhuǎn)換為直流電壓。由于工廠自動化設(shè)備使用多種標準直流電壓，包括 12 V、15 V、24 V 和 48 V，因此輸出要求也各不相同。

模塊化解決方案除了經(jīng)認證符合相關(guān)安全和其他規(guī)定外，在設(shè)計時通常還考慮了能量密度和效率。它們可滿足一系列標準電壓和電流要求，專為高可靠性和長使用壽命而制造。

用于工廠自動化的商用模塊化電源包括適用于常見 DIN 導(dǎo)軌系統(tǒng)的選件，因此易于部署。該系統(tǒng)采用通用標準寬度和安裝硬件形狀。有了 DIN 導(dǎo)軌系統(tǒng)，無論制造商是誰，安裝者都能保證包括電源在內(nèi)的全套產(chǎn)品的尺寸一致性。

這種跨品牌兼容性為 DIN 導(dǎo)軌系統(tǒng)的用戶提供了混搭組件的靈活性（圖 1）。

圖 1：DIN 導(dǎo)軌可簡化電源部署，并且支持混搭組件。（圖片來源：RECOM Power）

高性價比 DIN 導(dǎo)軌電源

工廠自動化基礎(chǔ)設(shè)施使用多個電源，導(dǎo)致成本劇增。RECOM Power 的 [REDIIN120] 系列 120 W DIN 導(dǎo)軌交流/直流電源（圖 2）采用成本最小化設(shè)計，同時還能保持小巧外形和可靠性。這些電源的尺寸為 123.6 x 30.0 x 116.8 mm。

圖 2：REDIIN120 系列 120 W DIN 導(dǎo)軌電源的尺寸為 123.6 x 30.0 x 116.8 mm。（圖片來源：RECOM Power）

對流冷卻型 REDIIN120 交流/直流電源可在 -30°C 至 +50°C 的溫度范圍內(nèi)滿載工作。這些產(chǎn)品通過了 IEC 62368-1、IEC 61010-1 和 IEC 61010-2-201 安全標準認證。

電源的電磁輻射和傳導(dǎo)發(fā)射符合 EN 61000-6-2 抗擾度標準和重工業(yè) EN 61000-6-4 B 類排放標準。這些電源還符合 RoHS 指令的環(huán)保要求。

REDIIN120 系列包括三種型號，每種型號的工作輸入電壓均為 90 VAC 至 264 V AC ，只有輸出電壓不同。[REDIIN120-12] 的標稱輸出電壓為 12 V，可在 10.8 V 至 13.2 V 之間調(diào)節(jié)。[REDIIN120-24] 的標稱輸出電壓為 24 V，可在 21.6 V 至 26.4 V 之間調(diào)節(jié)。[REDIIN120-48] 的輸出電壓為 48 V，可在 43.2 V 至 52.8 V 之間調(diào)節(jié)。最大輸出電流分別為 10 A、5 A 和 2.5 A。

電源的最大工作效率介于 86% 至 89.5% 之間，具體取決于產(chǎn)品（圖 3），12 V 和 24 V 版本的空載功耗為 150 mW，48 V 版本的空載功耗為 210 mW。

圖 3：REDIIN120-24 電源的能效與輸出負載的關(guān)系。（圖片來源：RECOM Power）

該系列電源可在恒流模式下工作，因此適用于電感和電容負載，例如電機、螺線管和繼電器。對于 12 V 和 24 V 產(chǎn)品，啟動時的最大電容負載為 8 mF，對于 48 V 產(chǎn)品，則為 3 mF。

REDIIN120 電源具有全面的過流保護 (OCP)、過壓保護 (OVP) 和過溫保護 (OTP) 功能（圖 4）。如果 12 V 產(chǎn)品的電壓超過 17.4 V DC ，24 V 產(chǎn)品的電壓超過 33.6 V DC ，48 V 產(chǎn)品的電壓超過 64.8 V DC ，則會產(chǎn)生閉鎖狀態(tài)。

圖 4：REDIIN120 系列具有全面的保護功能。如果 12 V 產(chǎn)品的電壓超過 17.4 V DC ，24 V 產(chǎn)品的電壓超過 33.6 V DC ，48 V 產(chǎn)品的電壓超過 64.8 V DC ，則會產(chǎn)生閉鎖狀態(tài)。（圖片來源：RECOM Power）

REDIIN 系列中沒有 15 V 型號。不過，RECOM Power 提供了適用于 15 V 工作電壓的 [RACM15E-15SK/PMAD-CTN] AC/DC 轉(zhuǎn)換器（圖 5）。該 DIN 導(dǎo)軌安裝電源可利用 80 V 至 275 V 的交流輸入或 370 V 的直流輸入提供 15 V、1 A 的輸出。最大輸出功率為 15 W，滿載效率為 85%。這些產(chǎn)品通過了國際安全和 EMI 認證，符合醫(yī)療、家用、工業(yè)和安全變壓器標準。

圖 5：RACM15E-15SK/PMAD-CTN 是用于工廠自動化的 15 V、15 W DIN 導(dǎo)軌安裝 AC/DC 轉(zhuǎn)換器。（圖片來源：RECOM Power）

DIN 導(dǎo)軌電源的設(shè)計考慮因素

為了確保工廠交流/直流電源能夠長期無故障運行，除了安全、EMC 和 EMI 要求之外，設(shè)計人員還需要考慮其他關(guān)鍵參數(shù)。

例如，為避免出現(xiàn)問題，必須將工作溫度限制在電源的最高額定溫度以下。工作溫度過高會導(dǎo)致性能降低，同時也會縮短工作壽命，增加異常運行和發(fā)生故障的風(fēng)險。低溫也會導(dǎo)致性能問題，這些問題包括輸出電壓紋波增加和輸出調(diào)節(jié)不良。此外，低溫下電氣特性的變化可能會導(dǎo)致無法啟動。

制造商通常會建議電源在超過某個溫度閾值時降額，REDIIN120 系列產(chǎn)品還包括安全切斷裝置，可在超過最高工作溫度時切斷電源。REDIIN120-24 120 W 交流/直流電源的降額曲線（圖 6）顯示，對于 100 VAC 和 115 VAC 輸入，超過 +40°C 時功率輸出會降低；對于 230 VAC 輸入，超過 +50°C 時功率輸出會降低。工作溫度超過 +70°C 時會觸發(fā)斷電。

圖 6：REDIIN120-24 120 W 交流/直流電源的降額曲線顯示，對于 +100 VAC 和 115 VAC 輸入，超過 +40°C 時功率輸出會降低；對于 230 VAC 輸入，超過 +50°C 時功率輸出會降低。工作溫度超過 +70°C 時會觸發(fā)斷電。（圖片來源：RECOM Power）

另一個考慮因素是電纜長度。電源線過長會產(chǎn)生電阻損耗，導(dǎo)致負載電壓降至允許限值以下。通過增大線規(guī)或輸出電壓，以及在負載點 (PoL) 使用本地 DC/DC 調(diào)節(jié)，可以克服電纜損耗。

還必須考慮負載類型。為電容或電感負載供電是一項挑戰(zhàn)。諸如電機、螺線管和繼電器等電感負載會導(dǎo)致高壓尖峰。為電容負載供電會降低電源的動態(tài)負載響應(yīng)，或?qū)е虏环€(wěn)定和輸出紋波增大。設(shè)計人員在選擇電源時應(yīng)仔細考慮應(yīng)用需要的負載類型，以確保電源能夠滿足要求。例如，REDIIN120 電源提供恒流模式，這使得該系列適用于電感和電容負載。

最后，輸出 OCP 對于最大限度地降低錯過周期和電壓跌落的影響非常重要。保護電源的典型技術(shù)包括將電流限制在設(shè)定值內(nèi)，隨著負載的增加，將電流“折返”到安全值，或者采用“打嗝”保護，即關(guān)閉輸出并在一段時間后再次開啟。如果過流情況仍然存在，則重復(fù)打嗝循環(huán)。REDIIN120 產(chǎn)品具有打嗝保護功能。

例如，REDIIN120-24 120 W 直流/交流電源在額定負載范圍內(nèi)以恒壓模式工作（圖 7）。對于輸出 OCP，當(dāng)最大額定電流超過標稱值的 105% 至 150% 時，電源會進入限流模式，將輸出電壓驅(qū)動至標稱設(shè)定值的約 80%。負載增加會導(dǎo)致電源進入具有自動重啟機制的打嗝模式。

圖 7：REDIIN120-24 120 W 直流/交流電源在額定負載范圍內(nèi)以恒壓模式工作。對于輸出 OCP，當(dāng)最大額定電流超過標稱值的 105% 至 150% 時，電源會進入限流模式，將輸出電壓驅(qū)動至標稱設(shè)定值的約 80%。負載增加會導(dǎo)致電源進入具有自動重啟機制的打嗝模式。（圖片來源：RECOM Power）

結(jié)語

RECOM 的商用 DIN 導(dǎo)軌安裝模塊化電源為工廠自動化提供了高性價比、小巧、可靠且易于部署的解決方案。這些產(chǎn)品已預(yù)先通過強制性法規(guī)認證，并提供一系列標準直流電壓和電流輸出。這些電源還具有一系列安全功能，并提供為電容和電感負載供電的選件。

審核編輯 黃宇