針對工廠自動化選擇並運用 AC/DC 電源供應器

工業物聯網 (IIoT) 和工廠 4.0 技術的應用正在加速工廠自動化的轉型，而強大穩健的電源供應器則構成這些技術的基礎架構。因此，設計人員是否能夠快速部署可靠的電源供應器，以支援各種電壓位準變得相當關鍵，才可滿足製造設施自動化、網路以及測試和測量設備的需求。

為了滿足這一需求，設計人員可以自行打造電源供應器 (可能成本高昂且耗時)，也可以在預算範圍內找到適合該項任務的現成解決方案。這兩種解決方案都必須遵守電磁相容性 (EMC) 和安全標準，同時符合電磁干擾 (EMI) 法規。此外，工廠自動化電源供應器必須具備保護功能，使其適用於工業環境中。

本文簡要討論工廠自動化應用對 AC/DC 電源供應器的要求，並概述關鍵效能和尺寸選擇標準。接著介紹 RECOM Power 的 DIN 軌電源供應器，以作為隨時均可部署之單元的範例。

工廠自動化電源供應器

工廠自動化還包括網路連線設備以及測試和測量工具，而且相當依賴穩健且可靠的電源。電源供應器要求會因應用和設備而異。典型的解決方案是將主電源交流電壓 (90 V_AC 至 264 V_AC，各國之間稍有不同) 轉換成直流電壓。由於工廠自動化設備乃是以數種標準的直流電壓 (包括 12 V、15 V、24 V 和 48 V) 運作，因此輸出要求會有所不同。

除了符合相關安全和其他法規的認證外，模組化解決方案的設計通常還考慮到能量密度和效率。這些方案滿足一系列標準電壓和電流要求，而且是針對高可靠度和長壽命目標所製造。

工廠自動化適用的商用模組化電源供應器包括適合廣泛使用的 DIN 軌系統選項，以便於部署。此系統適用於通用的標準寬度和安裝硬體形狀。有了 DIN 軌系統，無論是哪家製造商的產品，安裝人員都可以保證整套產品 (包括電源供應器) 的尺寸都保持一致。

這種跨品牌相容性使得 DIN 軌系統的使用者都能夠靈活地混合並匹配元件 (圖 1)。

圖 1：DIN 軌簡化電源供應器的部署，並允許元件的混合和匹配。(圖片來源：RECOM Power)

符合成本效益的 DIN 軌電源供應器

工廠自動化基礎設施使用多個電源供應器，導致成本迅速增加。RECOM Power REDIIN120 系列的 120 W DIN 軌 AC/DC 電源供應器 (圖 2) 旨在將成本降至最低，同時維持體積小和可靠度的優勢。每個單元的尺寸為 123.6 x 30.0 x 116.8 mm。

圖 2：REDIIN120 系列 120 W DIN 軌電源供應器的尺寸為 123.6 x 30.0 x 116.8 mm。(圖片來源：RECOM Power)

對流冷卻式 REDIIN120 AC/DC 電源供應器可在 -30°C 至 +50°C 的溫度範圍內，以全功率運作。這些產品通過安全標準 IEC 62368-1、IEC 61010-1 和 IEC 61010-2-201 的認證。

電源供應器的電磁輻射和傳導放射，均符合 EN 61000-6-2 耐受性標準和重工業 EN 61000-6-4 B 類放射標準。這些裝置亦符合 RoHS 指令的環保要求。

REDIIN120 系列包括三個型號，每個型號的工作電壓為 90 V_AC 至 264 V_AC，僅輸出電壓不同。REDIIN120-12 的標稱輸出為 12 V，可在 10.8 V 至 13.2 V 之間調整。REDIIN120-24 的標稱輸出為 24 V，可在 21.6 V 至 26.4 V 之間調整。REDIIN120-48 的輸出電壓為 48 V，可在 43.2 V 至 52.8 V 之間調整。最大輸出電流分別為 10 A、5 A 和 2.5 A。

這些電源供應器的最大工作效率在 86% 至 89.5% 之間，具體取決於單元而定 (圖 3)，而 12 V 和 24 V 版本的空載功耗為 150 mW，48 V 版本則為 210 mW。

圖 3：圖中所示為 REDIIN120-24 電源供應器的效率與輸出負載關係。(圖片來源：RECOM Power)

這些電源供應器可在恆定電流模式下運作，使此系列適合用於馬達、螺線管和繼電器等電感性和電容性負載。啟動時，12 V 和 24 V 單元的最大電容性負載為 8 mF，48 V 單元則為 3 mF。

REDIIN120 電源供應器具有全面的過電流保護 (OCP)、過電壓保護 (OVP) 和過溫保護 (OTP) 功能 (圖 4)。當 12 V 單元的電壓超過 17.4 V_DC，24 V 單元超過 33.6 V_DC，且 48 V 單元超過 64.8 V_DC 時，會產生閂鎖關閉條件。

圖 4：REDIIN120 系列具有全面保護功能。當 12 V 單元的電壓超過 17.4 V_DC，24 V 單元超過 33.6 V_DC，且 48 V 單元超過 64.8 V_DC 時，會產生閂鎖關閉條件。(圖片來源：RECOM Power)

REDIIN 系列沒有 15 V 版本。不過，RECOM Power 確實提供 RACM15E-15SK/PMAD-CTN AC/DC 轉換器，以進行 15 V 操作 (圖 5)。這款 DIN 軌安裝單元可從 80 V 至 275 V 交流輸入，或從 370 V 直流輸入提供 15 V、1 A 的輸出。最大輸出功率為 15 W，滿載效率為 85%。這些單元通過醫療、家用、工業和安全變壓器標準的國際安全和 EMI 認證。

圖 5：RACM15E-15SK/PMAD-CTN 是一款用於工廠自動化的 15 V、15 W DIN 軌安裝式 AC/DC 轉換器。(圖片來源：RECOM Power)

DIN 軌電源供應器的設計考量

除了安全、EMC 和 EMI 要求外，設計人員還需要考慮其他關鍵參數，以確保工廠 AC/DC 電源供應器能夠長時間無故障地運作。

例如，為了避免出現問題，工作溫度不可超過電源供應器的最大額定值。工作溫度高會導致效能降低，同時還會縮短工作壽命，並增加錯誤操作和故障的風險。溫度高則會導致效能問題，包括增加輸出電壓漣波和輸出調節不良。此外，低溫下電氣特性的變化可能導致無法啟動。

製造商通常會建議降低電源供應器額定值至溫度閾值以上，並且 REDIIN120 系列的單元還包括最高工作溫度以上的安全切斷功能。REDIIN120-24 120 W AC/DC 電源供應器的降低額定值曲線 (圖 6) 顯示，100 V_AC 和 115 V_AC 輸入的功率輸出會在 +40°C 以上降低；230 V_AC 輸入的功率輸出會在 +50°C 以上降低。在 +70°C 以上運作會觸發斷開。

圖 6：REDIIN120-24 120 W AC/DC 電源供應器的額定值降低曲線顯示，+100 V_AC 和 115 V_AC 輸入的功率輸出會在 +40°C 以上降低；230 V_AC 輸入的功率輸出會在 +50°C 以上降低。在 +70°C 以上運作會觸發斷開。(圖片來源：RECOM Power)

另一個考慮因素是纜線長度。過長的纜線會產生電阻損耗，導致負載處的電壓降低至允許的極限以下。增加線規或輸出電壓並在負載點 (PoL) 使用本機 DC/DC 穩壓可以克服纜線損耗。

同時還必須考慮負載類型。向電容性或電感性負載供電可能有難度。馬達、螺線管和繼電器等電感性負載可能會導致高電壓尖波。提供電容性負載會降低電源供應器的動態負載回應，或導致不穩定和輸出漣波增加。在選擇電源供應器時，設計人員應仔細考慮該應用要求的負載類型，以確保能夠滿足該要求。例如，REDIIN120 單元提供恆定電流模式，因此該系列適用於電感性和電容性負載。

最後，輸出 OCP 很重要，能最大程度減少錯過週期和壓降效應。保護電源供應器的典型技術包括將電流限制為設定值、負載增加時將電流「折回」至安全值，或者可將輸出關閉，並於延遲後再次開啟的「打嗝」保護。如果過電流條件仍然存在，則重複執行打嗝循環。REDIIN120 產品具有打嗝保護功能。

例如，REDIIN120-24 120 W AC/DC 電源供應器在其額定負載範圍內，以恆定電壓模式運作 (圖 7)。對於輸出 OCP，當最大電流額定值超過其標稱值的 105% 至 150%，該單元會進入限流模式，將輸出電壓大約推至標稱設定點的 80%。負載增加會導致電源供應器進入打嗝模式，並自動重新啟動。

圖 7：REDIIN120-24 120 W AC/DC 電源供應器在其額定負載範圍內，以恆定電壓模式運作。對於輸出 OCP，當最大電流額定值超過其標稱值的 105% 至 150%，該單元會進入限流模式，將輸出電壓大約推至標稱設定點的 80%。負載增加會導致電源供應器進入打嗝模式，並自動重新啟動。(圖片來源：RECOM Power)

結論

RECOM 的商用 DIN 軌安裝式模組化電源供應器，可為工廠自動化提供高成本效益、體積小、可靠且易於部署的解決方案。這些單元已預先通過強制性法規認證，並配備一系列標準的直流電壓和電流輸出。這些電源供應器提供一系列安全特性，並可為電容性和電感性負載提供相關選項。