【導(dǎo)讀】1kW AC/DC電源在許多應(yīng)用中很常見(jiàn)，用戶(hù)想要的是可以輕松安裝、配置和監(jiān)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(jí)別的AC輸入設(shè)備電源是 工業(yè)、電信、交通和 醫(yī)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(jiān)測(cè)和控制性能，但與此同時(shí)客戶(hù)也面臨著要讓它們「消失」的壓力。用戶(hù)希望設(shè)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?cè)诟咻敵鲐?fù)載下運(yùn)行時(shí)應(yīng)該保持涼爽，不會(huì)給系統(tǒng)增加太多熱量，并且在待機(jī)或關(guān)機(jī)時(shí)的耗散應(yīng)該可忽略不計(jì)，甚至成本也應(yīng)該適中。同時(shí)，系統(tǒng)工程師不希望「小尺寸」導(dǎo)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(gòu)部門(mén)也希望一個(gè)部件能適用多種應(yīng)用并具備不同應(yīng)用所需的認(rèn)證。
來(lái)個(gè)深呼吸
AC/DC 的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)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(shù)千個(gè)設(shè)計(jì)決策。這些選擇通常相互沖突而且牽扯到多項(xiàng)學(xué)科背景，從電路理論到安全、EMC、磁學(xué)、機(jī)械、冷卻、美學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)符合性等等。在這種功率級(jí)別的現(xiàn)代設(shè)計(jì)總是有嵌入式固件的數(shù)字元素(數(shù)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(yīng)需求改變規(guī)格，因此項(xiàng)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(shè)計(jì)師的處境而產(chǎn)生一些同情后，現(xiàn)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(jí)得到進(jìn)一步的改進(jìn)。該 AC/DC 轉(zhuǎn)換器在通用 80-264VAC 下運(yùn)行，提供具有寬調(diào)節(jié)范圍的 24V、36V 或 48V 單輸出，連續(xù)功率為 1kW，典型效率為 95%。
圖 1：RECOM RACM1200-V 1kW AC/DC轉(zhuǎn)換器（1.2kW 峰值）
小封裝蘊(yùn)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(biāo)項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)機(jī)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(nèi)部高效布局。然而若要達(dá)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(yīng)用中，出于維護(hù)和噪聲等原因內(nèi)部風(fēng)扇是不受歡迎的，因此該產(chǎn)品采用獨(dú)立的散熱片和強(qiáng)制風(fēng)冷。雖然我們談?wù)摰氖堑湫偷?1kW 應(yīng)用，但產(chǎn)品部件號(hào)給出了提示：在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)峰值額定功率可至1200W或在適度的 2.5m/s 氣流冷卻下持續(xù)提供，底板溫度最高85°C。為了實(shí)現(xiàn)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(xù)時(shí)間，RECOM 在產(chǎn)品數(shù)據(jù)表中提供了能夠?qū)崿F(xiàn)的綜合指南。規(guī)格中經(jīng)常缺少的一個(gè)參數(shù)是峰值額定功率的重復(fù)率—需要一段冷卻時(shí)間是因?yàn)檫@樣溫度就不會(huì)隨著多個(gè)連續(xù)的峰值負(fù)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(fù)載能力
精密控制將電源保持在安全范圍內(nèi)
RACM1200-V 是針對(duì)多功能性而設(shè)計(jì)的，其溫度數(shù)據(jù)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(hù)機(jī)制可以避免對(duì)產(chǎn)品造成壓力，比如針對(duì)小過(guò)載的恒定功率模式下的精密過(guò)流檢測(cè)，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(hù)和輸出過(guò)壓保護(hù)。
圖 3：RACM1200-V 實(shí)施了多重過(guò)載和峰值負(fù)載限制
該產(chǎn)品還內(nèi)置了許多靈活性，例如保護(hù)級(jí)別可通過(guò)內(nèi)置的 PMBus? 接口進(jìn)行調(diào)整。甚至過(guò)熱保護(hù)也有分級(jí)，對(duì)初級(jí)開(kāi)關(guān)實(shí)施立即的「硬」關(guān)閉，對(duì)輸出組件則采取「優(yōu)雅」關(guān)閉。如果溫度繼續(xù)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(shù)字智能固件經(jīng)過(guò)大幅升級(jí)，在多點(diǎn)測(cè)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(jiān)控電力需求并進(jìn)行調(diào)配。這是為了讓用戶(hù)用得安心，不會(huì)擔(dān)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(tǒng)設(shè)置了一個(gè)風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)輸出，透過(guò)「轉(zhuǎn)速表」信號(hào)監(jiān)控速度和狀態(tài)。由于風(fēng)扇速度調(diào)節(jié)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(jiān)控和控制，因此 RACM1200-V 可以集成到 SCADA（監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集）或智能電源管理系統(tǒng)中。然而快速安全的模擬控制并沒(méi)有被遺忘，因?yàn)橐灿羞h(yuǎn)程感應(yīng)、開(kāi)關(guān)控制和 ACOK 信號(hào)以在交流電源故障之后和保持時(shí)間結(jié)束之前發(fā)出警告。PSU GOOD 信號(hào)用來(lái)告知輸出在規(guī)范之內(nèi)，并提供一個(gè)「不間斷」的 5V 1A 待機(jī)輸出，與主輸出之間有 1.5kV 隔離。已經(jīng)提到的風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)輸出可以預(yù)設(shè)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(xù)、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(fù)載類(lèi)型。例如，電機(jī)能承受高浪涌沖擊得受益于內(nèi)置恒流特性。電池充電是另外一種應(yīng)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(xiàn)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(yīng)用需要不同的標(biāo)準(zhǔn)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(jiān)控來(lái)適應(yīng)不同的負(fù)載類(lèi)型。然而不同的應(yīng)用也需要特定的標(biāo)準(zhǔn)符合性，而所謂的多功能 AC/DC 必須得滿(mǎn)足這些要求。現(xiàn)代產(chǎn)品的最低要求是要有 IT 和多媒體標(biāo)準(zhǔn) IEC/EN/UL 62368-1 的認(rèn)證，RACM1200-V 符合此標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn) IEC/EN 61558-1/2，以及測(cè)量、控制和實(shí)驗(yàn)室用電氣設(shè)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(dá) 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(shè)計(jì)要求，典型空載功耗為 2W，待機(jī)功耗最大為 1W。
然而認(rèn)證不只于此，產(chǎn)品還符合醫(yī)療標(biāo)準(zhǔn) IEC/EN ANSI-AAMI 60601-1。無(wú)需擔(dān)心會(huì)有額外問(wèn)題因?yàn)樵摦a(chǎn)品滿(mǎn)足最高通用級(jí)別要求，250VAC 系統(tǒng)具有雙重患者保護(hù)措施 (2x MOPP)海拔高達(dá) 4000 米。該級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)要求隔離電壓為4kVAC，同時(shí)提供雙輸入熔斷。在 醫(yī)療應(yīng)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(nèi)置 BF（身體絕緣）連接一起使用，并可在醫(yī)院和護(hù)理環(huán)境中被廣泛應(yīng)用。
機(jī)箱的輸出隔離為 1.5kVAC，因此產(chǎn)品有機(jī)會(huì)被需要此隔離等級(jí)的以 太網(wǎng)供電 (PoE)的應(yīng)用所使用。
產(chǎn)品符合多項(xiàng)EMC 標(biāo)準(zhǔn)，包括IEC/EN 60601 B 類(lèi) EMC 輻射規(guī)范以及EN 55011、EN55032 和 FCC 47 CFR Pt 15 的 B 類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)?？箶_度級(jí)別符合 IEC/EN 61000 系列標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)滿(mǎn)足分別針對(duì)多媒體和工業(yè)設(shè)備的 EN 55035 和 EN 55024標(biāo)準(zhǔn)的要求。
For the geeks
RACM1200-V 以實(shí)惠的價(jià)格實(shí)現(xiàn)高端規(guī)格、高功率密度和多功能性的卓越成就。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)設(shè)計(jì)人員使用了最新的轉(zhuǎn)換技術(shù)，包括交錯(cuò)升壓 PFC和最先進(jìn)的LLC隔離和轉(zhuǎn)換。這種諧振拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的方式是通過(guò)改變功率驅(qū)動(dòng)波形的頻率以在諧振腔的響應(yīng)曲線上上下移動(dòng)、改變電路級(jí)增益和輸出電壓，透過(guò)輸出反饋進(jìn)行模擬控制。為了達(dá)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(jiān)控。內(nèi)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(shè)計(jì)采用前沿技術(shù)，但由于其特性和對(duì)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(rèn)證和安全功能，很容易集成到任何常見(jiàn)的應(yīng)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?yàn)樗恍枰嚓P(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。
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