作者： Steven Keeping

作為一名初出茅廬的制造工程專業畢業生，我首份工作的一部分職責是協助一位高級工程師為高端工業比例積分微分 (PID) 控制器設計 AC/DC 開關電源。我所謂的“協助”，不過時端茶送水、在面包板上找元件。但是，他象是一位既耐心又博學的導師，短短幾周的時間我就掌握了電源系統設計的全部流程，這比我在大學的整個學期學到的還要多。

后來，我竟獨立完成了一兩套實用的開關電源設計方案，不過我的方案借鑒了這位高級工程師的架構，當然經過了他同意的。

幾年后，我所在的公司發現購買現成的第三方模塊化 AC/DC 電源比自己研發制造更劃算。這種做法雖使設計人員的創新樂趣有所減損，但我們的經驗在選擇符合產品技術指標的最優商用方案過程中仍不可或缺。

電源與應用之間的匹配

通過了解諸如效率、輸入浪涌電流、紋波和噪聲以及啟動過沖電壓等工程參數，我們能夠測試、驗證商業解決方案，以確保這些方案符合工業 PID 控制器的功率需求，并提供良好的調節性能，更長的平均故障間隔時間 (MTBF)。

然而，將商業解決方案與應用的產品規格相匹配說起來容易做起來難，因為當時每個供應商提供的解決方案往往僅限于幾個型號。除此之外，鑒于我們的預算限制，可選的型號就變得更少了。這通常意味著指定一個能夠合理工作的電源，通常代表著做出某種妥協。

例如，有時我們最終會使用商用電源，雖然它可以充分滿足控制器電流和電壓的要求，但通常會在其最有效的輸出范圍之外運行，且低負載時尤其如此。結果，造成了我們本可以避免的額外功耗和熱管理挑戰。

擴大范圍

模塊化電源領域經過了數十年突飛猛進的變化，較之筆者當年的草創設計，已然實現了飛躍。現在，商業現貨解決方案的選擇范圍令人驚嘆，而且完全不受預算緊張的限制。

以 TRACO Power 的工業 AC/DC 電源系列為例。該公司在其已經很廣泛的 TXN 系列中增加了四個新的功率級。這些電源現在具有 35 W、200 W、350 W 或 800 W 輸出功率版本，并且可為每個功率級指定 12 V、15 V 、24 V 或 48 V 輸出電壓。對于 35 W 版本，還提供了 3.3 V 和 5 V 選擇。該系列產品還包括以下型號：TXN 35-124（35 W、24 W AC/DC 電源）、TXN 200-124（200 W、24 V）、TXN 350-115（350 W、15 V）（圖 1），以及 TXN 800-148 （800 W、48 V）。

圖 1：TXN 350-115 350 W 電源在 90 V 至 260 V AC 輸入下提供 15 V DC 輸出電壓。（圖片來源：TRACO Power）

該系列電源采用框架式金屬外殼，配備螺紋端子塊式連接器，是該公司最具性價比的封閉式 AC/DC 電源產品。其特性包括：3000 VAC 增強型 I/O 隔離、內置 EN55032 B 類濾波器（用于減少傳導和輻射發射）、100 W 以上有源功率因數校正 (PFC)、IEC/EN/UL 62368-1 安全認證，以及符合 EN 61000-3-2 電磁兼容性 (EMC) 標準。這些電源甚至配備了內部風扇進行強制冷卻。

價格實惠，性能卓越

然而，TRACO Power TXN 系列電源不僅實現了高性價比，還保持了應有的性能。例如，TXN 350-115 的輸入電壓范圍為 90 V 至 260 VAC，工作溫度范圍為 -30?C 至 70?C。這款電源提供可調節標稱輸出電壓 (V out(nom) )，范圍為 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。

在 230 V 輸入下，有源 PFC 為 0.95。電壓設定精度為 ±1%，在 10% 至 90% 的負載變化范圍內，調節率變化 1%，輸出電壓紋波最大為 150 mV 峰峰值 (mV pp )（圖 2）。這款電源具有 110% 至 160% Iout(max) 輸出限流值和 110% 至 140% Vout(nom) 過壓保護。MTBF 為 230,600 小時。

圖 2：TXN 350-115 的最大輸出電壓紋波為 150 mVp-p，這有助于緩解 EMC 問題。（圖片來源：TRACO Power）

TRACO 電源具有平坦的效率曲線，這有助于化解筆者早年使用較小電源時遭遇到的溫度和功率耗散問題。即使在 20% 左右相對較低的負載下，TXN 350-115 也能實現 75% 以上的效率（圖 3）。

圖 3：TXN 350-115 在負載超過 20% 時效率可超過 75%。這有助于化解功耗難題。（圖片來源：TRACO Power）

結語

雖然我喜歡從頭開始設計板外 AC/DC 工業電源，但現成的解決方案可為我節省項目時間，讓工程團隊專注于最終產品的其他方面。此外，當今電源產品的選擇范圍如此廣泛，以至于可以找到一種幾乎能夠為任何應用提供最佳性能和效率的解決方案。