【導讀】1kW AC/DC電源在許多應用中很常見，用戶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(yī)療等多個領域的主力軍。電源制造商努力為自家 AC/DC 產(chǎn)品提供更多功能、監(jiān)測和控制性能，但與此同時客戶也面臨著要讓它們「消失」的壓力。用戶希望設備電源更小、更輕也更安靜，無論是從聽覺上還是以 EMI 的角度來看。它們在高輸出負載下運行時應該保持涼爽，不會給系統(tǒng)增加太多熱量，并且在待機或關機時的耗散應該可忽略不計，甚至成本也應該適中。同時，系統(tǒng)工程師不希望「小尺寸」導致操作有所限制（例如高度）而造成任何不樂見的意外，采購部門也希望一個部件能適用多種應用并具備不同應用所需的認證。
來個深呼吸
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），開始考慮必須做出的數(shù)千個設計決策。這些選擇通常相互沖突而且牽扯到多項學科背景，從電路理論到安全、EMC、磁學、機械、冷卻、美學、標準符合性等等。在這種功率級別的現(xiàn)代設計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)品管理可能會因應需求改變規(guī)格，因此項目管理并非是最不重要的一門學科。
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(xiàn)在我們以 RECOM RAC1200-V 系列 （圖 1）作為成功整合的范例，來研究該產(chǎn)品是如何通過最新升級得到進一步的改進。該 AC/DC 轉換器在通用 80-264VAC 下運行，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），符合了第一個目標項目。這是市場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(nèi)部高效布局。然而若要達到聲稱的額定輸出，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(nèi)部風扇是不受歡迎的，因此該產(chǎn)品采用獨立的散熱片和強制風冷。雖然我們談論的是典型的 1kW 應用，但產(chǎn)品部件號給出了提示：在規(guī)定的時間段內(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。為了實現(xiàn)特定功率輸出會有所取舍：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)時間，RECOM 在產(chǎn)品數(shù)據(jù)表中提供了能夠實現(xiàn)的綜合指南。規(guī)格中經(jīng)常缺少的一個參數(shù)是峰值額定功率的重復率—需要一段冷卻時間是因為這樣溫度就不會隨著多個連續(xù)的峰值負載而「上升」過高。RECOM 提供的相關指南如圖 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(nèi)
RACM1200-V 是針對多功能性而設計的，其溫度數(shù)據(jù)能讓用戶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，比如針對小過載的恒定功率模式下的精密過流檢測，還有恒定電流，以及最終在閉鎖前循環(huán)四次的「打嗝」式關斷（圖 3），同時也有過溫保護和輸出過壓保護。
圖 3：RACM1200-V 實施了多重過載和峰值負載限制
該產(chǎn)品還內(nèi)置了許多靈活性，例如保護級別可通過內(nèi)置的 PMBus? 接口進行調(diào)整。甚至過熱保護也有分級，對初級開關實施立即的「硬」關閉，對輸出組件則采取「優(yōu)雅」關閉。如果溫度繼續(xù)升高，電源最一開始會降低輸出功率并在最終安全關閉之前發(fā)出警告。
RACM1200-V的數(shù)字智能固件經(jīng)過大幅升級，在多點測得的交流市電電壓和溫度等外部條件下，產(chǎn)品能夠有效實時監(jiān)控電力需求并進行調(diào)配。這是為了讓用戶用得安心，不會擔心產(chǎn)品會損壞或受力過大而縮短使用壽命。為了進一步幫助這個問題，終端系統(tǒng)設置了一個風扇驅動輸出，透過「轉速表」信號監(jiān)控速度和狀態(tài)。由于風扇速度調(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有被遺忘，因為也有遠程感應、開關控制和 ACOK 信號以在交流電源故障之后和保持時間結束之前發(fā)出警告。PSU GOOD 信號用來告知輸出在規(guī)范之內(nèi)，并提供一個「不間斷」的 5V 1A 待機輸出，與主輸出之間有 1.5kV 隔離。已經(jīng)提到的風扇驅動輸出可以預設為關閉或在 5V 和 12V 之間，額定電流為 1A。為了增加一些視覺效果，RGB LED 以連續(xù)、閃爍和交替閃爍的組合來表示七種不同的 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型。例如，電機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 的控制功能可以實現(xiàn)上述功能。
如果產(chǎn)品還不能滿足您的需求，最多可以并聯(lián)三個來提高額定功率。共享電流是通過「下垂法」做到的以確保每個電源提供平均電流。
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)品如何通過全面的控制和監(jiān)控來適應不同的負載類型。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 和多媒體標準 IEC/EN/UL 62368-1 的認證，RACM1200-V 符合此標準工作海拔5000 米，同時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)品的額定過電壓類別為 IEC 62368-1 和 IEC 61010-2 的 II 類 (OVC II) 以及 IEC 62477 的 III 類 (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(yī)療標準 IEC/EN ANSI-AAMI 60601-1。無需擔心會有額外問題因為該產(chǎn)品滿足最高通用級別要求，250VAC 系統(tǒng)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，同時提供雙輸入熔斷。在 醫(yī)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(nèi)置 BF（身體絕緣）連接一起使用，并可在醫(yī)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 EMC 輻射規(guī)范以及EN 55011、EN55032 和 FCC 47 CFR Pt 15 的 B 類標準。抗擾度級別符合 IEC/EN 61000 系列標準，同時滿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 以實惠的價格實現(xiàn)高端規(guī)格、高功率密度和多功能性的卓越成就。為了實現(xiàn)這一目標設計人員使用了最新的轉換技術，包括交錯升壓 PFC和最先進的LLC隔離和轉換。這種諧振拓撲實現(xiàn)調(diào)節(jié)的方式是通過改變功率驅動波形的頻率以在諧振腔的響應曲線上上下移動、改變電路級增益和輸出電壓，透過輸出反饋進行模擬控制。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(jiān)控。內(nèi)部和外部輔助控制電源則由另一個低功率 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，但由于其特性和對用戶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。安裝它但不要忘記它—恒定綠燈表示它正安靜地可靠工作。不過因為它不需要太多關注所以可能會感到有點寂寞，您可以偶爾發(fā)一個 PMBus 查詢讓它知道您還是很關心它的。
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