为工厂自动化选择和应用交流/直流电源

作者：Steven Keeping

投稿人：DigiKey 北美编辑

随着工业物联网 (IIoT) 和工厂 4.0 技术的应用，向工厂自动化的转变正在加速进行。坚固耐用的电源是这些技术的基础设施。因此，设计人员必须能够快速部署支持各种电压水平的可靠电源，以满足制造设施的自动化、网络化以及测试和测量设备需求。

为了满足这一需求，设计人员可以自己构建电源，这可能既昂贵又耗时，还有一种选择是在预算范围内找到适合相应任务的现成解决方案。无论哪种解决方案，都必须符合电磁兼容性 (EMC) 和安全标准，同时还要满足电磁干扰 (EMI) 法规的要求。此外，工厂自动化电源还必须具备保护功能，这样才适合用于工业环境。

本文简要讨论了工厂自动化应用对交流/直流电源的要求，并概述了关键性能和外形尺寸选择标准。然后作为可随时部署的产品示例，介绍了 [RECOM Power] 的 DIN 导轨电源。

用于工厂自动化的电源

工厂自动化还包括网络设备以及测试和测量工具，并且在很大程度上依赖于坚固耐用且可靠的电源。电源要求因应用和设备而异。典型的解决方案是将市电交流电压（90 VAC 至 264 V AC ，各国略有不同）转换为直流电压。由于工厂自动化设备使用多种标准直流电压，包括 12 V、15 V、24 V 和 48 V，因此输出要求也各不相同。

模块化解决方案除了经认证符合相关安全和其他规定外，在设计时通常还考虑了能量密度和效率。它们可满足一系列标准电压和电流要求，专为高可靠性和长使用寿命而制造。

用于工厂自动化的商用模块化电源包括适用于常见 DIN 导轨系统的选件，因此易于部署。该系统采用通用标准宽度和安装硬件形状。有了 DIN 导轨系统，无论制造商是谁，安装者都能保证包括电源在内的全套产品的尺寸一致性。

这种跨品牌兼容性为 DIN 导轨系统的用户提供了混搭组件的灵活性（图 1）。

图 1：DIN 导轨可简化电源部署，并且支持混搭组件。（图片来源：RECOM Power）

高性价比 DIN 导轨电源

工厂自动化基础设施使用多个电源，导致成本剧增。RECOM Power 的 [REDIIN120] 系列 120 W DIN 导轨交流/直流电源（图 2）采用成本最小化设计，同时还能保持小巧外形和可靠性。这些电源的尺寸为 123.6 x 30.0 x 116.8 mm。

图 2：REDIIN120 系列 120 W DIN 导轨电源的尺寸为 123.6 x 30.0 x 116.8 mm。（图片来源：RECOM Power）

对流冷却型 REDIIN120 交流/直流电源可在 -30°C 至 +50°C 的温度范围内满载工作。这些产品通过了 IEC 62368-1、IEC 61010-1 和 IEC 61010-2-201 安全标准认证。

电源的电磁辐射和传导发射符合 EN 61000-6-2 抗扰度标准和重工业 EN 61000-6-4 B 类排放标准。这些电源还符合 RoHS 指令的环保要求。

REDIIN120 系列包括三种型号，每种型号的工作输入电压均为 90 VAC 至 264 V AC ，只有输出电压不同。[REDIIN120-12] 的标称输出电压为 12 V，可在 10.8 V 至 13.2 V 之间调节。[REDIIN120-24] 的标称输出电压为 24 V，可在 21.6 V 至 26.4 V 之间调节。[REDIIN120-48] 的输出电压为 48 V，可在 43.2 V 至 52.8 V 之间调节。最大输出电流分别为 10 A、5 A 和 2.5 A。

电源的最大工作效率介于 86% 至 89.5% 之间，具体取决于产品（图 3），12 V 和 24 V 版本的空载功耗为 150 mW，48 V 版本的空载功耗为 210 mW。

图 3：REDIIN120-24 电源的能效与输出负载的关系。（图片来源：RECOM Power）

该系列电源可在恒流模式下工作，因此适用于电感和电容负载，例如电机、螺线管和继电器。对于 12 V 和 24 V 产品，启动时的最大电容负载为 8 mF，对于 48 V 产品，则为 3 mF。

REDIIN120 电源具有全面的过流保护 (OCP)、过压保护 (OVP) 和过温保护 (OTP) 功能（图 4）。如果 12 V 产品的电压超过 17.4 V DC ，24 V 产品的电压超过 33.6 V DC ，48 V 产品的电压超过 64.8 V DC ，则会产生闭锁状态。

图 4：REDIIN120 系列具有全面的保护功能。如果 12 V 产品的电压超过 17.4 V DC ，24 V 产品的电压超过 33.6 V DC ，48 V 产品的电压超过 64.8 V DC ，则会产生闭锁状态。（图片来源：RECOM Power）

REDIIN 系列中没有 15 V 型号。不过，RECOM Power 提供了适用于 15 V 工作电压的 [RACM15E-15SK/PMAD-CTN] AC/DC 转换器（图 5）。该 DIN 导轨安装电源可利用 80 V 至 275 V 的交流输入或 370 V 的直流输入提供 15 V、1 A 的输出。最大输出功率为 15 W，满载效率为 85%。这些产品通过了国际安全和 EMI 认证，符合医疗、家用、工业和安全变压器标准。

图 5：RACM15E-15SK/PMAD-CTN 是用于工厂自动化的 15 V、15 W DIN 导轨安装 AC/DC 转换器。（图片来源：RECOM Power）

DIN 导轨电源的设计考虑因素

为了确保工厂交流/直流电源能够长期无故障运行，除了安全、EMC 和 EMI 要求之外，设计人员还需要考虑其他关键参数。

例如，为避免出现问题，必须将工作温度限制在电源的最高额定温度以下。工作温度过高会导致性能降低，同时也会缩短工作寿命，增加异常运行和发生故障的风险。低温也会导致性能问题，这些问题包括输出电压纹波增加和输出调节不良。此外，低温下电气特性的变化可能会导致无法启动。

制造商通常会建议电源在超过某个温度阈值时降额，REDIIN120 系列产品还包括安全切断装置，可在超过最高工作温度时切断电源。REDIIN120-24 120 W 交流/直流电源的降额曲线（图 6）显示，对于 100 VAC 和 115 VAC 输入，超过 +40°C 时功率输出会降低；对于 230 VAC 输入，超过 +50°C 时功率输出会降低。工作温度超过 +70°C 时会触发断电。

图 6：REDIIN120-24 120 W 交流/直流电源的降额曲线显示，对于 +100 VAC 和 115 VAC 输入，超过 +40°C 时功率输出会降低；对于 230 VAC 输入，超过 +50°C 时功率输出会降低。工作温度超过 +70°C 时会触发断电。（图片来源：RECOM Power）

另一个考虑因素是电缆长度。电源线过长会产生电阻损耗，导致负载电压降至允许限值以下。通过增大线规或输出电压，以及在负载点 (PoL) 使用本地 DC/DC 调节，可以克服电缆损耗。

还必须考虑负载类型。为电容或电感负载供电是一项挑战。诸如电机、螺线管和继电器等电感负载会导致高压尖峰。为电容负载供电会降低电源的动态负载响应，或导致不稳定和输出纹波增大。设计人员在选择电源时应仔细考虑应用需要的负载类型，以确保电源能够满足要求。例如，REDIIN120 电源提供恒流模式，这使得该系列适用于电感和电容负载。

最后，输出 OCP 对于最大限度地降低错过周期和电压跌落的影响非常重要。保护电源的典型技术包括将电流限制在设定值内，随着负载的增加，将电流“折返”到安全值，或者采用“打嗝”保护，即关闭输出并在一段时间后再次开启。如果过流情况仍然存在，则重复打嗝循环。REDIIN120 产品具有打嗝保护功能。

例如，REDIIN120-24 120 W 直流/交流电源在额定负载范围内以恒压模式工作（图 7）。对于输出 OCP，当最大额定电流超过标称值的 105% 至 150% 时，电源会进入限流模式，将输出电压驱动至标称设定值的约 80%。负载增加会导致电源进入具有自动重启机制的打嗝模式。

图 7：REDIIN120-24 120 W 直流/交流电源在额定负载范围内以恒压模式工作。对于输出 OCP，当最大额定电流超过标称值的 105% 至 150% 时，电源会进入限流模式，将输出电压驱动至标称设定值的约 80%。负载增加会导致电源进入具有自动重启机制的打嗝模式。（图片来源：RECOM Power）

结语

RECOM 的商用 DIN 导轨安装模块化电源为工厂自动化提供了高性价比、小巧、可靠且易于部署的解决方案。这些产品已预先通过强制性法规认证，并提供一系列标准直流电压和电流输出。这些电源还具有一系列安全功能，并提供为电容和电感负载供电的选件。

审核编辑 黄宇