這篇文章將解釋限功率電源 (LPS) 要求的基本細(xì)節(jié)，以及如何使用 UCC28740 初級側(cè)穩(wěn)壓 (PSR) 反激控制器優(yōu)化反饋環(huán)路，以減少高功率密度工業(yè)DIN導(dǎo)軌電源。

工業(yè)設(shè)備中的 DIN 導(dǎo)軌電源

電源設(shè)計(jì)人員的職責(zé)越來越超出僅僅滿足產(chǎn)品的功能規(guī)格。最新一代產(chǎn)品需要在過流、過壓、短路和有限功率輸出等各種工作條件下保持穩(wěn)健和安全。

為了滿足使用工業(yè)電源供電的設(shè)備的安全要求，在所有操作環(huán)境（包括正常條件、負(fù)載瞬態(tài)條件和嚴(yán)重輸出故障條件）中精確限制電流和功率非常重要。此外，電壓應(yīng)超過某些限制，以防止最終用戶受到電擊。限制功率、電流和電壓還有許多相關(guān)的好處，包括減少輸出互連的線規(guī)、減少下游轉(zhuǎn)換器的組件應(yīng)力、降低系統(tǒng)成本和提高系統(tǒng)可靠性。

IEC - 國際電工委員會(huì)IEC 60950-1 和國家電氣規(guī)范(NEC)等安全標(biāo)準(zhǔn)定義了這些電壓、電流和功率限制。

例如，IEC 60950-1 在標(biāo)準(zhǔn)的第 2.5 條中涵蓋了電源的 LPS 要求，如表 1 所示。IEC 60950-1 的第 2.5 條的表 2B 闡明了電源對電流和視在功率的限制。不使用外部過流保護(hù)，例如固有限制源。

表 1：IEC60950 對不帶過流保護(hù)裝置的電源的限制

圖 1 是表 1 的圖形表示。

圖 1：UL60950 受限電源電路的圖形視圖

同樣，NEC 還制定了有關(guān)最大可能電壓、電流和功率的指南，以管理商業(yè)建筑和住宅區(qū)的布線和設(shè)備安裝。

在本系列的下一部分中，我將用最少的組件解釋保護(hù)實(shí)現(xiàn)。

本博客的第一部分討論了有限電源 (LPS) 的基本需求，并簡要概述了管理 LPS 電路的標(biāo)準(zhǔn)。

為了滿足保護(hù)和限制的需求，如圖 1 所示的傳統(tǒng)電源依賴于基于兩個(gè)或多個(gè)光耦合器的多個(gè)反饋回路。這些光耦合器將負(fù)載電壓、負(fù)載電流和開路故障信息傳輸?shù)街骺刂破鳌ǔＪ枪β矢哌_(dá) 150W 的反激式控制器。此外，電流檢測電路具有外部電流檢測電阻、用于放大和設(shè)置恒流-恒壓 (CC-CV) 的精密運(yùn)算放大器和恒功率反饋回路。總體而言，分立電路具有大量組件，會(huì)占用板上寶貴的空間并增加系統(tǒng)成本。

圖 1：典型框圖顯示了 100W 工業(yè)電源的傳統(tǒng)架構(gòu)

圖 2 顯示了具有減少反饋回路的建議設(shè)計(jì)架構(gòu)。該架構(gòu)使用 UCC28740，這是一款 CC-CV 反激式控制器，具有用于電壓的光電耦合反饋和用于恒流的初級側(cè)調(diào)節(jié) (PSR)。UCC28740 控制器中控件的高度集成有助于實(shí)現(xiàn)低組件數(shù)設(shè)計(jì)并降低成本。

圖 2：減少反饋回路的建議設(shè)計(jì)架構(gòu)

這種提議的架構(gòu)的兩個(gè)主要好處是：

· 精確的電流和功率限制，只需初級側(cè)感應(yīng)。在圖 1 所示的傳統(tǒng)方法中，輸出負(fù)載電流通過分立運(yùn)算放大器電路進(jìn)行檢測，并通過光耦合器傳輸?shù)街骺刂破鳌Ｔ谀承┣闆r下，額外的光耦合器用于反饋冗余。輸出負(fù)載電流被直接檢測，信息通過一個(gè)單獨(dú)的光耦合器電路反饋到反激控制器。另一方面，所提議的架構(gòu)使用具有成本效益且可靠的初級側(cè)電流感測。UCC28740 中嵌入的精密 PSR 電流檢測技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高精度的輸出電流限制。電流限制會(huì)導(dǎo)致電壓折返并確保嚴(yán)格的功率限制。

· 經(jīng)濟(jì)高效的開環(huán)保護(hù)和反饋冗余。圖 1 所示的傳統(tǒng)方法使用兩個(gè)反饋環(huán)路，這兩個(gè)環(huán)路都基于光耦合器。這些光耦合器及其相關(guān)電路的相同性質(zhì)帶來了額外的故障風(fēng)險(xiǎn)；在類似的應(yīng)力條件下，每個(gè)光耦合器都可能同時(shí)失效，這可能是有害的。

建議的架構(gòu)使用單個(gè)光耦合器反饋精密輸出電壓控制。PSR 電路提供了一個(gè)冗余的電壓控制回路。PSR 在開環(huán)條件下激活，例如光耦合器反饋網(wǎng)絡(luò)中的故障。因此，輸出電壓被限制并調(diào)節(jié)到由初級側(cè)反饋組件設(shè)置的值。

具有精密電壓、電流和功率限制的60W、24V 高效工業(yè)電源 突出了精密電流和電壓限制的性能結(jié)果。圖 3 和圖 4 顯示了用于精密電流調(diào)節(jié)和電源折返的參考設(shè)計(jì)板的結(jié)果。

圖 3：精密 CC-CV 操作

圖 4：精密電源折返特性