這篇文章將解釋限功率電源 (LPS) 要求的基本細節(jié)，以及如何使用 UCC28740 初級側穩(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導軌電源。

工業(yè)設備中的 DIN 導軌電源

電源設計人員的職責越來越超出僅僅滿足產品的功能規(guī)格。最新一代產品需要在過流、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)電源供電的設備的安全要求，在所有操作環(huán)境（包括正常條件、負載瞬態(tài)條件和嚴重輸出故障條件）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的好處，包括減少輸出互連的線規(guī)、減少下游轉換器的組件應力、降低系統(tǒng)成本和提高系統(tǒng)可靠性。

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

例如，IEC 60950-1 在標準的第 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，例如固有限制源。

表 1：IEC60950 對不帶過流保護裝置的電源的限制

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實現(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 電路的標準。

為了滿足保護和限制的需求，如圖 1 所示的傳統(tǒng)電源依賴于基于兩個或多個光耦合器的多個反饋回路。這些光耦合器將負載電壓、負載電流和開路故障信息傳輸?shù)街骺刂破鳌ǔＪ枪β矢哌_ 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、用于放大和設置恒流-恒壓 (CC-CV) 的精密運算放大器和恒功率反饋回路?？傮w而言，分立電路具有大量組件，會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

圖 2 顯示了具有減少反饋回路的建議設計架構。該架構使用 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調節(jié) (PSR)。UCC28740 控制器中控件的高度集成有助于實現(xiàn)低組件數(shù)設計并降低成本。

圖 2：減少反饋回路的建議設計架構

這種提議的架構的兩個主要好處是：

· 精確的電流和功率限制，只需初級側感應。在圖 1 所示的傳統(tǒng)方法中，輸出負載電流通過分立運算放大器電路進行檢測，并通過光耦合器傳輸?shù)街骺刂破?。在某些情況下，額外的光耦合器用于反饋冗余。輸出負載電流被直接檢測，信息通過一個單獨的光耦合器電路反饋到反激控制器。另一方面，所提議的架構使用具有成本效益且可靠的初級側電流感測。UCC28740 中嵌入的精密 PSR 電流檢測技術可實現(xiàn)高精度的輸出電流限制。電流限制會導致電壓折返并確保嚴格的功率限制。

· 經(jīng)濟高效的開環(huán)保護和反饋冗余。圖 1 所示的傳統(tǒng)方法使用兩個反饋環(huán)路，這兩個環(huán)路都基于光耦合器。這些光耦合器及其相關電路的相同性質帶來了額外的故障風險；在類似的應力條件下，每個光耦合器都可能同時失效，這可能是有害的。

建議的架構使用單個光耦合器反饋精密輸出電壓控制。PSR 電路提供了一個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)絡中的故障。因此，輸出電壓被限制并調節(jié)到由初級側反饋組件設置的值。

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果。圖 3 和圖 4 顯示了用于精密電流調節(jié)和電源折返的參考設計板的結果。

圖 3：精密 CC-CV 操作

圖 4：精密電源折返特性