實(shí)現(xiàn)所需系統(tǒng)性能的一個(gè)重要要素是選擇電源解決方案。開發(fā)人員可以從各種選項(xiàng)中進(jìn)行選擇，無論是他們自己的離散設(shè)計(jì)，使用DC/DC模塊和一些外部組件還是完整的，現(xiàn)成的解決方案。由于市場(chǎng)上可用的轉(zhuǎn)換器和電源大量，因此在大多數(shù)情況下都可以找到解決方案，并且對(duì)半定制或完全定制設(shè)計(jì)的需求正在減少。
一般的經(jīng)驗(yàn)法則是，系統(tǒng)的總材料總成本的5％至10％用于電源。在成本分析中，離散電源的組件似乎是一般組件中的小項(xiàng)目，而DC/DC轉(zhuǎn)換器或完整的電源始終位于列表的頂部。這是否意味著離散解決方案始終是成本效益的？本文將研究每個(gè)解決方案的利弊，以及為什么在大多數(shù)情況下，模塊化或完整的解決方案方法更具成本效益。

離散設(shè)計(jì)
通過開發(fā)完全自定義的解決方案，可以實(shí)現(xiàn)的靈活性，并且可以提供各種用于不同拓?fù)涞目刂破餍酒妥儔浩?，以及參考設(shè)計(jì)。
乍一看，開發(fā)功率解決方案似乎并不是太困難了，在一定程度上，對(duì)于非分離的低功率轉(zhuǎn)換器是正確的。但是，設(shè)計(jì)更高的功率或隔離轉(zhuǎn)換器成為一個(gè)真正的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗枰钊肓私?/span>電力電子設(shè)備，高頻切換，熱管理，EMC行為和安全批準(zhǔn)。許多公司在其發(fā)展部門不再擁有必要的知識(shí)和資源。
整個(gè)設(shè)計(jì)過程，包括資格測(cè)試和安全以及EMI批準(zhǔn)，可能需要數(shù)月并產(chǎn)生高NRE成本。即使規(guī)格的較小更改也可能需要進(jìn)行完整的重新設(shè)計(jì)。離散解決方案是組件成本至關(guān)重要的設(shè)備的可行選擇，并且可以大量攤銷大量的開發(fā)成本。

模塊化解決方案

越來越多的設(shè)計(jì)師選擇基于DC/ DC轉(zhuǎn)換器模塊的解決方案。模塊化方法不需要對(duì)電力電子設(shè)備的深入了解，并且允許非常靈活的設(shè)計(jì)，同時(shí)節(jié)省了時(shí)間和金錢，并獲得了開發(fā)和安全批準(zhǔn)。設(shè)計(jì)可以在幾周甚至幾天內(nèi)完成，并且通?？梢酝ㄟ^簡(jiǎn)單地更改或添加模塊來快速實(shí)施一刻的更改。安全批準(zhǔn)和EMC合規(guī)性得到了極大的簡(jiǎn)化，因?yàn)檫@些模塊在范圍內(nèi)擁有批準(zhǔn)，符合市場(chǎng)特定的標(biāo)準(zhǔn)，并具有內(nèi)置的過濾器和保護(hù)電路。對(duì)于設(shè)計(jì)，批準(zhǔn)和特定的EMI要求，制造商提供了全面的文檔以及易于實(shí)現(xiàn)的參考設(shè)計(jì)。

提供在鐵路市場(chǎng)中，模塊化方法經(jīng)常被使用，因?yàn)樗梢砸缘偷目偝杀締⒂酶哽`活性，并且這些模塊有資格適應(yīng)滾動(dòng)庫(kù)存應(yīng)用中極端環(huán)境條件。在此示例中，需要從火車上的不同標(biāo)稱電壓產(chǎn)生孤立的±5 V/5 W電源電壓。解決方案還必須遵守各種鐵路標(biāo)準(zhǔn)。該系統(tǒng)的數(shù)量以100-300個(gè)單位的數(shù)量出售，其項(xiàng)目的年度總量低于1500個(gè)系統(tǒng)。這些卷不能證明自己離散設(shè)計(jì)的高成本是合理的。他們要求模塊化解決方案。一個(gè)很大的挑戰(zhàn)是火車應(yīng)用中的名義電壓數(shù)量。

經(jīng)常為具有固定電壓的特定火車項(xiàng)目生產(chǎn)系統(tǒng)，并且可以將適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換器安裝在PCB上。

從P-DUKE中選擇了RDL06，因?yàn)樗赟IP-8包裝中多可提供6 W功率，尺寸為21.8 mm x 9.6 mm x 11.2 mm，同時(shí)提供必要的安全批準(zhǔn)和隔離電壓。在設(shè)計(jì)階段功率需求結(jié)束時(shí)，提高了8.5 w，但設(shè)計(jì)工程師能夠在同一包裝中使用10 W版本的轉(zhuǎn)換器。這是一種插頭解決方案，不需要任何PCB布局更改。

提供在一些外部組件中，滿足EN55023和EN50121-3-2的EMI要求以及EN61000-4-4的瞬態(tài)要求。圖4顯示了基于P-Duke的申請(qǐng)說明的完整電路。它還包括輸入處的反極性保護(hù)。

圖4EMI  ，瞬態(tài)和反極性保護(hù)由一些外部組件實(shí)現(xiàn)。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供

該模塊在內(nèi)部完全封裝了有機(jī)硅，使其對(duì)EN61373和MIL-STD-810F中定義的沖擊和振動(dòng)具有極大的抵抗力。盆栽材料還將熱量從內(nèi)部組件轉(zhuǎn)移到金屬外殼P-Duke是個(gè)為這些產(chǎn)品引入單獨(dú)的引腳的制造商。它使模塊對(duì)沖擊和振動(dòng)具有更大的抵抗力，并且某些熱量可以散發(fā)到PCB板上（圖5）。此外，這些模塊還提供遠(yuǎn)程/關(guān)閉的遙控器，并防止過電流和短路。

圖5其他箱子引腳使模塊更加穩(wěn)健，并允許熱傳遞到PCB。圖像由Bodo的Power Systems 提供到市場(chǎng)的時(shí)間

用50個(gè)或更多組件實(shí)現(xiàn)并批準(zhǔn)足夠的離散解決方案需要幾個(gè)月？在幾周內(nèi)完成設(shè)計(jì)并根據(jù)特定火車項(xiàng)目中的電壓購(gòu)買，存儲(chǔ)和放置三個(gè)不同的DC/DC轉(zhuǎn)換器，這不是更容易嗎？

P-Duke在范圍內(nèi)提供了的DC/DC模塊投資組合之一，為不同的供應(yīng)電壓和功率水平提供了解決方案，不僅在鐵路中，而且在醫(yī)療，工業(yè)或國(guó)防市場(chǎng)中，還提供了300 W。輸入電壓范圍為2：1至12：1，冷卻方法可以是對(duì)流，強(qiáng)制空氣，附著的散熱器和冷卻板，這可以使密封和防水溶液實(shí)現(xiàn)（圖6）。

圖6 DC  /DC模塊以不同的形式可用。圖像由Bodo的Power Systems  提供模塊化方法

DC/DC轉(zhuǎn)換器的模塊化方法提供了高度的靈活性，但是越來越多的工程師正在尋找可以快速實(shí)施的解決方案，而無需設(shè)計(jì)，測(cè)試或批準(zhǔn)。多年來，在許多AC/DC應(yīng)用中一直是標(biāo)準(zhǔn)的完整解決方案，在DC/DC應(yīng)用程序中也越來越流行。他們結(jié)合了所有必要的功能和功能，擁有安全批準(zhǔn)，并且是插件解決方案。

讓我們?cè)俅尾榭椿疖囀袌?chǎng)中數(shù)字化不斷發(fā)展的一個(gè)例子。改造現(xiàn)有系統(tǒng)并添加新功能需要標(biāo)準(zhǔn)，易于安裝的電源，這些電源可從所有不同的火車電壓中使用，并且可以存儲(chǔ)以進(jìn)行快速響應(yīng)P-Duke的URCD家族是一個(gè)總體解決方案，可以處理從14 VDC到160 VDC的輸入電壓，提供所有標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓，具有20 W的功率，具有所有相關(guān)的鐵路標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，并且可以安裝在機(jī)箱或DIN軌上。圖7顯示了該解決方案的框圖。

圖7 烏爾德家族的框圖，這是鐵路應(yīng)用的總解決方案。

圖像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供春季終端

彈簧端子也稱為推銷（圖8），使電連接變得非常容易。安全標(biāo)準(zhǔn)需要一個(gè)已經(jīng)包含在設(shè)備中的保險(xiǎn)絲，當(dāng)設(shè)備打開時(shí)，其限制為15 a，從而阻止了任何上游保險(xiǎn)絲被絆倒（圖9）。

圖8 可以使用彈簧連接器進(jìn)行電連接。圖像由Bodo的Power Systems  提供

圖9 當(dāng)設(shè)備打開時(shí)，Inrush電流限制為15A

反向保護(hù)

如果發(fā)生不正確的連接，內(nèi)置的反向極性保護(hù)將設(shè)備與電源電壓斷開連接（圖10）。與更簡(jiǎn)單的反極性保護(hù)解決方案不同，沒有熔融爆炸，因此，在連接不正確的情況下，無需替換它們。

圖10 如果連接錯(cuò)誤，則將設(shè)備與源斷開。圖像由Bodo的Power Systems提供

EMI/EMC

EMC過濾器保證滿足EN55032和EN50121-3-2級(jí)B，并滿足高壓瞬態(tài)要求?；疖嚿系墓?yīng)電壓也可能會(huì)中斷10毫秒（S2）或20毫秒（S3），在此期間，電源必須提供全部電力P-Duke的持有電路在鐵路市場(chǎng)的某些模塊中實(shí)施，并收取外部固定電容器。在供應(yīng)中斷的情況下，這些電容器為DC/DC轉(zhuǎn)換器提供必要的能量。圖11顯示了供應(yīng)中斷的定義和烏爾德家族中實(shí)現(xiàn)的電路。

圖11 供應(yīng)中斷定義和P-Duke的解決方案。圖像由Bodo的Power Systems  提供

DC/DC轉(zhuǎn)換器的工作量從14 V到160 V，涵蓋了鐵路和滾動(dòng)庫(kù)存應(yīng)用中的所有標(biāo)準(zhǔn)電壓。一個(gè)單一電源可在任何應(yīng)用程序中快速安裝系統(tǒng)。

總解決方案
總解決方案不需要額外的時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)，測(cè)試，資格和批準(zhǔn)。制造商提供了環(huán)境資格數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，這也保證了在所有指定條件下的功能P-Duke提供一系列完整的AC/DC和DC/DC解決方案。對(duì)于AC/DC市場(chǎng)開放式框架，可提供功率水平的封閉和封裝解決方案，可提供幾瓦至500 W的功率（圖12）。它們都與電源兼容，擁有國(guó)際安全批準(zhǔn)，并且許多產(chǎn)品符合醫(yī)療應(yīng)用中的嚴(yán)格要求。
提供除了烏爾德（Urdc）家族外，P-Duke還提供了幾種用于機(jī)箱的DC/DC解決方案和DIN軌安裝，功率水平從15 W到300 W，單個(gè)或雙輸出電壓從3.3 V到48 V，到48 V，以及各種輸入伏特范圍為8.5 V UP 160V。
提供無論是模塊化還是完整的解決方案，無論使用多種可用產(chǎn)品，都可以始終找到合適的，具有成本效益的電源，而不會(huì)產(chǎn)生高昂的開發(fā)和批準(zhǔn)成本。