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關(guān)鍵詞：
工控電源
- 摘要：PULS普爾世采用了以MOSFET管替代二極管的新技術(shù)，并在這新一代的冗余模塊中增設(shè)了更多實(shí)用功能。
PULS普爾世采用了以MOSFET管替代二極管的新技術(shù)，并在這新一代的冗余模塊中增設(shè)了更多實(shí)用功能。
冗余模塊能夠保證系統(tǒng)的可靠性，提高系統(tǒng)的可用性，即使在電源發(fā)生故障的情況下。然而，冗余模塊中的解耦二極管以熱量形式產(chǎn)生一定的功率損耗，而且可能導(dǎo)致相對(duì)較大的電壓降。
因此，PULS普爾世采用了以MOSFET管替代二極管的新技術(shù)，并在這新一代的冗余模塊中增設(shè)了更多實(shí)用功能。
并聯(lián)連接兩臺(tái)或更多電源，彼此之間以解耦的冗余模塊相連，可組建一個(gè)冗余系統(tǒng)。當(dāng)電源的輸出端發(fā)生了短路，冗余模塊可防止母線電壓短路。
為了實(shí)現(xiàn)該功能，需使用二極管或具有相似性能的解耦元器件。你或許可以為每臺(tái)電源配一個(gè)二極管，但這種方案并不完美：解耦二極管產(chǎn)生極高的熱量，從而導(dǎo)致功耗明顯增加。
圖片1：二極管與MOS管冗余模塊(PULS YR80.241)在空載時(shí)的功耗比較
一個(gè)40A的負(fù)載將產(chǎn)生將近20W的功率損耗（如圖1所示），這些功率損耗以熱量的形式被發(fā)散到系統(tǒng)周圍的環(huán)境里，溫升對(duì)附近所有的電子元器件造成無形的壓力，甚至有可能嚴(yán)重縮短它們的使用壽命。
普爾世工程師不愿對(duì)此妥協(xié)。為了找出用戶對(duì)冗余系統(tǒng)的特殊需求，他們進(jìn)行了一次調(diào)研。
從中可以總結(jié)出優(yōu)化冗余系統(tǒng)的10項(xiàng)準(zhǔn)則：
1.最高的安全性和可用性
2.最低的功率損耗
3.容易使用
4.負(fù)載端能夠接受更高的反饋電壓
5.具備短路保護(hù)
6.并聯(lián)功能：負(fù)載平衡模式，對(duì)每臺(tái)電源的工作時(shí)間和強(qiáng)度均勻分配
7.對(duì)系統(tǒng)中的電源輸出故障報(bào)警信號(hào)
8.輸入端反極性保護(hù)
9.輸出報(bào)錯(cuò)信號(hào)
10.熱插拔：插拔操作無需切斷電壓
分析以上準(zhǔn)則，標(biāo)準(zhǔn)外延二極管或普通肖特基二極管已不能滿足最小化空載功耗的需求。因此以MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管作為替代的解決方案應(yīng)運(yùn)而生。
該新技術(shù)有效降低了系統(tǒng)的功率損耗。如前文所述，一個(gè)40A的負(fù)載的功耗將從20W降低至3W。
然而“具備短路保護(hù)”和“輸入端反極性保護(hù)”才是研發(fā)團(tuán)隊(duì)在研究MOSFET方案時(shí)遇到的最大的挑戰(zhàn)。因?yàn)闊o論電源遇到短路還是反極性，都有可能損毀MOSFET。
針對(duì)于短路故障的MOSFET電路設(shè)計(jì)
當(dāng)在負(fù)載端或線纜上發(fā)生短路，電源電壓驟降，并且在冗余模塊的輸入端的電壓不再可用。但是冗余模塊中內(nèi)置的MOSFET必須時(shí)刻保持激活狀態(tài)，讓短路電流以低功耗形式流通，否則，電流將被元器件中的體二極管吸收。相較于原二極管方案，這將產(chǎn)生15倍的高功耗，并損壞MOSFET。新的電路設(shè)計(jì)完美克服了該問題，不僅如此，還能夠利用最小化的剩余電壓來激活MOSFET（圖2）.
圖2：基于MOSFET技術(shù)的冗余模塊電路設(shè)計(jì)圖
該電路還能夠在其它危急情況下被旁路，例如當(dāng)電源被接通在一個(gè)正發(fā)生短路的電路，或者當(dāng)輸入電壓發(fā)生反極性情況。
電壓降僅50mV
將MOSFET作為解耦元器件，還可以顯著降低電壓降。標(biāo)準(zhǔn)冗余模塊中的二極管可能在輸入端和輸出端之間導(dǎo)致高達(dá)500mV的電壓降。但是如果是采用了MOSFET的新型冗余模塊，這種情形將得以有效的改善。例如普爾世冗余模塊YR80.241，在為40A負(fù)載供電時(shí)，其輸入端與輸出端之間的電壓降僅不到50mV。
并聯(lián)功能實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡
改進(jìn)后的MOSFET冗余模塊方案，甚至能夠使并聯(lián)模式達(dá)到更理想的熱均衡效果，從而能夠進(jìn)一步延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命。在此過程中，每臺(tái)電源之間的負(fù)載電流被均衡地分配。
有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的并聯(lián)功能：直接在電源本身集成并聯(lián)模式，或者將其集成在冗余模塊中。前者，即在電源的集成中，輸出電壓會(huì)被調(diào)整為：空載時(shí)比額定帶載時(shí)高出約4%。因此，只要設(shè)備間的空載電壓是相同的，電流就會(huì)自動(dòng)分布。如果一臺(tái)電源承擔(dān)了更多的電流，它的電壓就會(huì)自動(dòng)降低，電流均衡得以保持。這樣的特性保證了在電流的分布上不存在功率損耗。后者，即在冗余模塊中集成并聯(lián)模式，MOSFET是以串聯(lián)形式連接的。為了實(shí)現(xiàn)兩通道（即兩臺(tái)電源）之間的電流均衡，它們將在通道的較高電壓下產(chǎn)生適當(dāng)?shù)碾妷航怠Ｔ摲椒ㄒ部梢允箾]有集成并聯(lián)模式的電源作并聯(lián)使用。
普爾世工程師針對(duì)以上兩種方法做了優(yōu)化。并聯(lián)模式最重要的一點(diǎn)是始終支持冗余系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效的工作，無論是經(jīng)典的1+1冗余系統(tǒng)，還是N+1冗余系統(tǒng)。
熱插拔：在無需斷電的情況下更換電源
在普爾世冗余模塊YR20.245中，還附加了一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)：熱插拔。這也是首次出現(xiàn)在冗余模塊上的熱插拔功能。“熱插拔”功能是指當(dāng)系統(tǒng)正在工作時(shí)，更換一臺(tái)電源或者一個(gè)冗余模塊。要實(shí)現(xiàn)熱插拔，就需要關(guān)鍵連接處的端子具有防短路功能。更換故障設(shè)備時(shí)，只要按照既定順序操作，即可順利完成更換，無需切斷電源。而且，當(dāng)更換完成，系統(tǒng)的冗余備份功能也能夠立即生效。這對(duì)于某些系統(tǒng)來說是非常重要功能，例如，在某些應(yīng)用場(chǎng)合，即使是稍縱即逝的錯(cuò)誤或故障，就足以威脅到人身安全或?qū)е聡?yán)重經(jīng)濟(jì)損失，這樣的情況下，熱插拔功能不可或缺。
帶防短路功能的連接端子
關(guān)于普爾世
PULS普爾世是全球唯一專注于研發(fā)與生產(chǎn)DIN導(dǎo)軌式工控電源的電源廠商，曾多次獲評(píng)電源行業(yè)的技術(shù)領(lǐng)袖。我們集中一切技術(shù)資源和力量，竭誠(chéng)為您提供DIMENSION概念型、PIANO比亞諾型與MiniLine迷你型電源產(chǎn)品，持續(xù)豐富的產(chǎn)品線也數(shù)度為電源市場(chǎng)重新定義了最高轉(zhuǎn)換效率、最小體積以及最長(zhǎng)使用壽命的概念。
