【導讀】1kW AC/DC電源在許多應用中很常見(jiàn)，用戶(hù)想要的是可以輕松安裝、配置和監控的多功能產(chǎn)品。本文將探討理想電源的用途以及解釋示例產(chǎn)品是如何滿(mǎn)足要求的。
1kW 級別的AC輸入設備電源是 工業(yè)、電信、交通和 醫療等多個(gè)領(lǐng)域的主力軍。電源制造商努力為自家 AC/DC 產(chǎn)品提供更多功能、監測和控制性能，但與此同時(shí)客戶(hù)也面臨著(zhù)要讓它們「消失」的壓力。用戶(hù)希望設備電源更小、更輕也更安靜，無(wú)論是從聽(tīng)覺(jué)上還是以 EMI 的角度來(lái)看。它們在高輸出負載下運行時(shí)應該保持涼爽，不會(huì )給系統增加太多熱量，并且在待機或關(guān)機時(shí)的耗散應該可忽略不計，甚至成本也應該適中。同時(shí)，系統工程師不希望「小尺寸」導致操作有所限制（例如高度）而造成任何不樂(lè )見(jiàn)的意外，采購部門(mén)也希望一個(gè)部件能適用多種應用并具備不同應用所需的認證。
來(lái)個(gè)深呼吸
AC/DC 的設計團隊一起深吸一口氣，拿起他們的鉛筆（或者是觸控筆），開(kāi)始考慮必須做出的數千個(gè)設計決策。這些選擇通常相互沖突而且牽扯到多項學(xué)科背景，從電路理論到安全、EMC、磁學(xué)、機械、冷卻、美學(xué)、標準符合性等等。在這種功率級別的現代設計總是有嵌入式固件的數字元素(數字部份)，因此編程技能成為另一個(gè)需要整合的要素。這是迫切需要整合的，而且產(chǎn)品管理可能會(huì )因應需求改變規格，因此項目管理并非是最不重要的一門(mén)學(xué)科。
希望在了解 AC/DC 產(chǎn)品設計師的處境而產(chǎn)生一些同情后，現在我們以 RECOM RAC1200-V 系列 （圖 1）作為成功整合的范例，來(lái)研究該產(chǎn)品是如何通過(guò)最新升級得到進(jìn)一步的改進(jìn)。該 AC/DC 轉換器在通用 80-264VAC 下運行，提供具有寬調節范圍的 24V、36V 或 48V 單輸出，連續功率為 1kW，典型效率為 95%。
圖 1：RECOM RACM1200-V 1kW AC/DC轉換器（1.2kW 峰值）
小封裝蘊藏大能力
RACM1200-V 的整體尺寸為 228 x 96.2 x 40 毫米（9 x 3.8 x 1.57 英寸），符合了第一個(gè)目標項目。這是市場(chǎng)上額定功率密度最高的產(chǎn)品之一，適合1U 標準機架高度（1U = 1.75 英寸）。交流輸入和直流輸出位于兩端方便連接，內部高效布局。然而若要達到聲稱(chēng)的額定輸出，冷卻和尺寸就必須一起考慮。在這些產(chǎn)品的典型應用中，出于維護和噪聲等原因內部風(fēng)扇是不受歡迎的，因此該產(chǎn)品采用獨立的散熱片和強制風(fēng)冷。雖然我們談?wù)摰氖堑湫偷?1kW 應用，但產(chǎn)品部件號給出了提示：在規定的時(shí)間段內峰值額定功率可至1200W或在適度的 2.5m/s 氣流冷卻下持續提供，底板溫度最高85°C。為了實(shí)現特定功率輸出會(huì )有所取舍：環(huán)境溫度和冷壁溫度、氣流、交流輸入電壓以及峰值功率的持續時(shí)間，RECOM 在產(chǎn)品數據表中提供了能夠實(shí)現的綜合指南。規格中經(jīng)常缺少的一個(gè)參數是峰值額定功率的重復率—需要一段冷卻時(shí)間是因為這樣溫度就不會(huì )隨著(zhù)多個(gè)連續的峰值負載而「上升」過(guò)高。RECOM 提供的相關(guān)指南如圖 2 所示。
圖 2：RACM1200-V 量化的峰值負載能力
精密控制將電源保持在安全范圍內
RACM1200-V 是針對多功能性而設計的，其溫度數據能讓用戶(hù)在特定條件下提取最大功率，從而避免選擇更昂貴、更大、更高額定值的 AC/DC。透過(guò)全面的保護機制可以避免對產(chǎn)品造成壓力，比如針對小過(guò)載的恒定功率模式下的精密過(guò)流檢測，還有恒定電流，以及最終在閉鎖前循環(huán)四次的「打嗝」式關(guān)斷（圖 3），同時(shí)也有過(guò)溫保護和輸出過(guò)壓保護。
圖 3：RACM1200-V 實(shí)施了多重過(guò)載和峰值負載限制
該產(chǎn)品還內置了許多靈活性，例如保護級別可通過(guò)內置的 PMBus? 接口進(jìn)行調整。甚至過(guò)熱保護也有分級，對初級開(kāi)關(guān)實(shí)施立即的「硬」關(guān)閉，對輸出組件則采取「優(yōu)雅」關(guān)閉。如果溫度繼續升高，電源最一開(kāi)始會(huì )降低輸出功率并在最終安全關(guān)閉之前發(fā)出警告。
RACM1200-V的數字智能固件經(jīng)過(guò)大幅升級，在多點(diǎn)測得的交流市電電壓和溫度等外部條件下，產(chǎn)品能夠有效實(shí)時(shí)監控電力需求并進(jìn)行調配。這是為了讓用戶(hù)用得安心，不會(huì )擔心產(chǎn)品會(huì )損壞或受力過(guò)大而縮短使用壽命。為了進(jìn)一步幫助這個(gè)問(wèn)題，終端系統設置了一個(gè)風(fēng)扇驅動(dòng)輸出，透過(guò)「轉速表」信號監控速度和狀態(tài)。由于風(fēng)扇速度調節了溫度，因此可以減少耗損并將噪音降至最低。
PMBus 提供額外的監控和控制，因此 RACM1200-V 可以集成到 SCADA（監控和數據采集）或智能電源管理系統中。然而快速安全的模擬控制并沒(méi)有被遺忘，因為也有遠程感應、開(kāi)關(guān)控制和 ACOK 信號以在交流電源故障之后和保持時(shí)間結束之前發(fā)出警告。PSU GOOD 信號用來(lái)告知輸出在規范之內，并提供一個(gè)「不間斷」的 5V 1A 待機輸出，與主輸出之間有 1.5kV 隔離。已經(jīng)提到的風(fēng)扇驅動(dòng)輸出可以預設為關(guān)閉或在 5V 和 12V 之間，額定電流為 1A。為了增加一些視覺(jué)效果，RGB LED 以連續、閃爍和交替閃爍的組合來(lái)表示七種不同的 PSU 狀態(tài)：
該產(chǎn)品擁有高精度控制因此適用于多種負載類(lèi)型。例如，電機能承受高浪涌沖擊得受益于內置恒流特性。電池充電是另外一種應用；鉛酸電池仍被廣泛使用并以恒流恒壓充電，而 RACM1200-V 的控制功能可以實(shí)現上述功能。
如果產(chǎn)品還不能滿(mǎn)足您的需求，最多可以并聯(lián)三個(gè)來(lái)提高額定功率。共享電流是通過(guò)「下垂法」做到的以確保每個(gè)電源提供平均電流。
不同的應用需要不同的標準符合性
我們已經(jīng)討論了該產(chǎn)品如何通過(guò)全面的控制和監控來(lái)適應不同的負載類(lèi)型。然而不同的應用也需要特定的標準符合性，而所謂的多功能 AC/DC 必須得滿(mǎn)足這些要求?，F代產(chǎn)品的最低要求是要有 IT 和多媒體標準 IEC/EN/UL 62368-1 的認證，RACM1200-V 符合此標準工作海拔5000 米，同時(shí)它還符合變壓器和電源裝置的安全標準 IEC/EN 61558-1/2，以及測量、控制和實(shí)驗室用電氣設備的安全要求 IEC/EN 61010-1/2，海拔高度 4000 米。該產(chǎn)品的額定過(guò)電壓類(lèi)別為 IEC 62368-1 和 IEC 61010-2 的 II 類(lèi) (OVC II) 以及 IEC 62477 的 III 類(lèi) (OVC III)，海拔高度可達 2000 米，因此部件能夠安裝在有電噪聲的環(huán)境中。產(chǎn)品也符合生態(tài)設計要求，典型空載功耗為 2W，待機功耗最大為 1W。
然而認證不只于此，產(chǎn)品還符合醫療標準 IEC/EN ANSI-AAMI 60601-1。無(wú)需擔心會(huì )有額外問(wèn)題因為該產(chǎn)品滿(mǎn)足最高通用級別要求，250VAC 系統具有雙重患者保護措施 (2x MOPP)海拔高達 4000 米。該級別的標準要求隔離電壓為4kVAC，同時(shí)提供雙輸入熔斷。在 醫療應用中，電源漏電流受到限制，產(chǎn)品在正常條件下 (NC) 患者漏電流最高 100μA，在單一故障條件 (SFC) 下最高則為 500μA。因此該產(chǎn)品能夠與內置 BF（身體絕緣）連接一起使用，并可在醫院和護理環(huán)境中被廣泛應用。
機箱的輸出隔離為 1.5kVAC，因此產(chǎn)品有機會(huì )被需要此隔離等級的以 太網(wǎng)供電 (PoE)的應用所使用。
產(chǎn)品符合多項EMC 標準，包括IEC/EN 60601 B 類(lèi) EMC 輻射規范以及EN 55011、EN55032 和 FCC 47 CFR Pt 15 的 B 類(lèi)標準?？箶_度級別符合 IEC/EN 61000 系列標準，同時(shí)滿(mǎn)足分別針對多媒體和工業(yè)設備的 EN 55035 和 EN 55024標準的要求。
For the geeks
RACM1200-V 以實(shí)惠的價(jià)格實(shí)現高端規格、高功率密度和多功能性的卓越成就。為了實(shí)現這一目標設計人員使用了最新的轉換技術(shù)，包括交錯升壓 PFC和最先進(jìn)的LLC隔離和轉換。這種諧振拓撲實(shí)現調節的方式是通過(guò)改變功率驅動(dòng)波形的頻率以在諧振腔的響應曲線(xiàn)上上下移動(dòng)、改變電路級增益和輸出電壓，透過(guò)輸出反饋進(jìn)行模擬控制。為了達到最高效率采用了有源同步輸出整流器。雖然控制回路反饋是模擬的，但微控制器處理通信接口、外部控制和監控。內部和外部輔助控制電源則由另一個(gè)低功率 AC/DC 電源提供（圖 4）。
圖 4：RACM1200-V 框圖
真的要安裝即遺忘嗎？
RECOM RAC1200-V 的設計采用前沿技術(shù)，但由于其特性和對用戶(hù)的要求而被放在房間的角落里。它有通用輸入范圍、全面的認證和安全功能，很容易集成到任何常見(jiàn)的應用中。新模塊化固件有清晰的邏輯因此易于配置，制造商得以快速地提供定制品給客戶(hù)。安裝它但不要忘記它—恒定綠燈表示它正安靜地可靠工作。不過(guò)因為它不需要太多關(guān)注所以可能會(huì )感到有點(diǎn)寂寞，您可以偶爾發(fā)一個(gè) PMBus 查詢(xún)讓它知道您還是很關(guān)心它的。
免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問(wèn)題，請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀：
使用基于Raspberry Pi的DDS信號發(fā)生器實(shí)現精確RF測試
士蘭微王敏昌博士：高起點(diǎn)的IDM傳感器廠(chǎng)商，新增長(cháng)曲線(xiàn)從何而來(lái)？
