豐富且符合成本效益的板外 AC/DC 電源供應器選擇

想起當年我是個充滿熱情的製造工程畢業生，第一份工作是協助一位資深工程師，針對高階工業比例積分微分 (PID) 控制器設計 AC/DC 切換式電源供應器。我的「協助工作」主要包括補充咖啡杯和購買試驗電路板組件。然而，這位工程師是一位耐心且知識淵博的導師，我在幾週內，學習如何從頭開始設計電源供應器，比在大學整個學期學到的還要多。

之後，我甚至設法設計出一、兩個可用的切換式電源供應器，雖然其架構還是經資深工程師許可借用的。

幾年後，我任職的公司發現從市面廠商購買現成的模組化 AC/DC 電源供應器比自己建造更划算。 這對於設計師而言不太有趣，但我們的設計經驗仍然相當重要，得以確保可以選擇市售最佳解決方案，滿足產品所需的規格。

將電源供應器與應用匹配

若能瞭解效率、輸入湧入電流、漣波和雜訊、啟動過衝電壓等工程參數，就可以測試和驗證市售解決方案，以確保符合工業 PID 控制器的功率需求，並可提供良好的調節和延長的平均故障間隔時間 (MTBF)。

然而，將市售解決方案與應用的產品規格相匹配，說起來容易做起來難，因為當時各供應商提供的解決方案寥寥無幾。最重要的是，考量預算限制後，可用的款式又更少了。這通常代表若此電源供應器能合理運作，總會有某種妥協。

例如，有時使用的市售電源供應器雖然能夠充分滿足控制器的電流和電壓需求，但通常會在其最有效的輸出範圍之外運作，尤其是在低負載時。 結果是導致一些額外的功耗和熱管理挑戰，而我們本來都可以避免。

擴大範圍

從我提出第一款設計的這幾十年來，模組化電源供應器已經越來越成熟。現在，各種市售現貨解決方案令人驚艷，而且在預算緊繃的情況下還不會受限。

舉 TRACO Power 的工業 AC/DC 電源供應器系列為例。此公司在其豐富的 TXN 系列中新增四款新的功率等級。這些單元現在具有 35、200、350、800 W 的輸出功率，並且可以為每個功率等級指定 12、15、24、48 V 的輸出電壓。對於 35 W 版本，還提供 3.3 V 和 5 V 選項。一些 AC/DC 電源供應器的品項如 TXN 35-124 為 35 W、24 V；TXN 200-124 為 200 W、24 V；TXN 350-115 為 350 W、15 V (圖 1) TXN 800-148 為 800 W 和 48 V 。

圖 1：TXN 350-115 350 W 電源供應器從 90 至 260 V 的 AC 輸入輸出 15 V 的 DC (圖片來源：TRACO Power)

電源供應器安裝在金屬框架內，並採用螺絲端子台連接器。這些品項是此公司最具成本效益的封閉式 AC/DC 產品系列。其特點包括 3000 VAC 增強型 I/O 隔離、內部 EN55032 Class B 濾波器 (以減少傳導和輻射發射)、100 W 以上的主動功率因數校正 (PFC)、IEC/EN/UL 62368-1 安全認證，以及符合電磁相容性 EN 61000-3-2 標準。這些單元甚至搭載內部風扇用於強制冷卻。

價格實惠、效能卓越

TRACO Power TXN 系列的優良成本效益沒有導致效能妥協。例如，TXN 350-115 的輸入範圍為 90 至 260 VAC，工作溫度為 -30 至 70˚C。提供可調節的標稱輸出電壓 (V_out(nom))，範圍為 13.5 V 至 15.5 V，最大輸出電流 (I_out(max)) 為 22 A，最大輸出功率為 330 W。

針對 230 V 輸入，主動 PFC 為 0.95。電壓設定準確度為 ±1%，在 10% 至 90% 的負載變化範圍內，調節率變化 1%，輸出電壓漣波最大為 150 mV_p-p (圖 2)。此電源供應器具有 110% 至 160% I_out(max) 輸出電流限制和 110% 至 140% V_out(nom) 過電壓保護功能。平均故障間隔時間為 230,600 小時。

圖 2：TXN 350-115 的最大輸出電壓漣波為 150 mVp-p，有助於緩解 EMC 挑戰 (圖片來源：TRACO Power)

TRACO 電源單元的平坦效率曲線有助於緩解我當初使用較小電源供應器時遇到的溫度和功率耗散問題。即使在約 20% 的相對較低負載下，TXN 350-115 也能表現出 75% 以上的效率 (圖 3)。

圖 3：TXN 350-115 在負載超過 20% 時效率超過 75%。這有助於緩解功耗問題 (圖片來源：TRACO Power)

結論

雖然我享受從頭開始設計板外 AC/DC 工業電源供應器，但現成的解決方案可以節省專案時間，並允許工程團隊專注於最終產品的其他方面。此外，現今的電源供應器選項如此之多，以至於可以找到幾乎能夠為任何應用提供最佳效能和效率的解決方案。