选择多样和极具经济效益的外置 AC/DC 电源

作者： Steven Keeping

作为一名初出茅庐的制造工程专业毕业生，我首份工作的一部分职责是协助一位高级工程师为高端工业比例积分微分 (PID) 控制器设计 AC/DC 开关电源。我所谓的“协助”，不过时端茶送水、在面包板上找元件。但是，他象是一位既耐心又博学的导师，短短几周的时间我就掌握了电源系统设计的全部流程，这比我在大学的整个学期学到的还要多。

后来，我竟独立完成了一两套实用的开关电源设计方案，不过我的方案借鉴了这位高级工程师的架构，当然经过了他同意的。

几年后，我所在的公司发现购买现成的第三方模块化 AC/DC 电源比自己研发制造更划算。这种做法虽使设计人员的创新乐趣有所减损，但我们的经验在选择符合产品技术指标的最优商用方案过程中仍不可或缺。

电源与应用之间的匹配

通过了解诸如效率、输入浪涌电流、纹波和噪声以及启动过冲电压等工程参数，我们能够测试、验证商业解决方案，以确保这些方案符合工业 PID 控制器的功率需求，并提供良好的调节性能，更长的平均故障间隔时间 (MTBF)。

然而，将商业解决方案与应用的产品规格相匹配说起来容易做起来难，因为当时每个供应商提供的解决方案往往仅限于几个型号。除此之外，鉴于我们的预算限制，可选的型号就变得更少了。这通常意味着指定一个能够合理工作的电源，通常代表着做出某种妥协。

例如，有时我们最终会使用商用电源，虽然它可以充分满足控制器电流和电压的要求，但通常会在其最有效的输出范围之外运行，且低负载时尤其如此。结果，造成了我们本可以避免的额外功耗和热管理挑战。

扩大范围

模块化电源领域经过了数十年突飞猛进的变化，较之笔者当年的草创设计，已然实现了飞跃。现在，商业现货解决方案的选择范围令人惊叹，而且完全不受预算紧张的限制。

以 TRACO Power 的工业 AC/DC 电源系列为例。该公司在其已经很广泛的 TXN 系列中增加了四个新的功率级。这些电源现在具有 35 W、200 W、350 W 或 800 W 输出功率版本，并且可为每个功率级指定 12 V、15 V 、24 V 或 48 V 输出电压。对于 35 W 版本，还提供了 3.3 V 和 5 V 选择。该系列产品还包括以下型号：TXN 35-124（35 W、24 W AC/DC 电源）、TXN 200-124（200 W、24 V）、TXN 350-115（350 W、15 V）（图 1），以及 TXN 800-148 （800 W、48 V）。

图 1：TXN 350-115 350 W 电源在 90 V 至 260 V AC 输入下提供 15 V DC 输出电压。（图片来源：TRACO Power）

该系列电源采用框架式金属外壳，配备螺纹端子块式连接器，是该公司最具性价比的封闭式 AC/DC 电源产品。其特性包括：3000 VAC 增强型 I/O 隔离、内置 EN55032 B 类滤波器（用于减少传导和辐射发射）、100 W 以上有源功率因数校正 (PFC)、IEC/EN/UL 62368-1 安全认证，以及符合 EN 61000-3-2 电磁兼容性 (EMC) 标准。这些电源甚至配备了内部风扇进行强制冷却。

价格实惠，性能卓越

然而，TRACO Power TXN 系列电源不仅实现了高性价比，还保持了应有的性能。例如，TXN 350-115 的输入电压范围为 90 V 至 260 VAC，工作温度范围为 -30˚C 至 70˚C。这款电源提供可调节标称输出电压 (V out(nom) )，范围为 13.5 V 至 15.5 V，最大输出电流 (I out(max) ) 为 22 A，最大输出功率为 330 W。

在 230 V 输入下，有源 PFC 为 0.95。电压设定精度为 ±1%，在 10% 至 90% 的负载变化范围内，调节率变化 1%，输出电压纹波最大为 150 mV 峰峰值 (mV pp )（图 2）。这款电源具有 110% 至 160% Iout(max) 输出限流值和 110% 至 140% Vout(nom) 过压保护。MTBF 为 230,600 小时。

图 2：TXN 350-115 的最大输出电压纹波为 150 mVp-p，这有助于缓解 EMC 问题。（图片来源：TRACO Power）

TRACO 电源具有平坦的效率曲线，这有助于化解笔者早年使用较小电源时遭遇到的温度和功率耗散问题。即使在 20% 左右相对较低的负载下，TXN 350-115 也能实现 75% 以上的效率（图 3）。

图 3：TXN 350-115 在负载超过 20% 时效率可超过 75%。这有助于化解功耗难题。（图片来源：TRACO Power）

结语

虽然我喜欢从头开始设计板外 AC/DC 工业电源，但现成的解决方案可为我节省项目时间，让工程团队专注于最终产品的其他方面。此外，当今电源产品的选择范围如此广泛，以至于可以找到一种几乎能够为任何应用提供最佳性能和效率的解决方案。