为苛刻的工业应用和危险场所选择电源

面向恶劣环境及潜在爆炸性环境的工业系统的自动化程度正持续提升，这些系统包括生产线、工业机器人系统、能源基础设施、炼油厂及半导体制造产线。系统设计人员所选用的工业电源，既要满足高峰值功率与电源倒灌防护的要求，又要满足可靠性、耐久性、安全性、高功率密度、高效率，以及各类复杂的法规合规要求。

本文讨论要求苛刻的自动化应用的电源系统设计人员所面临的各项挑战。然后介绍 TRACO Power 的 DIN 导轨电源，说明这些电源如何帮助设计人员应对这些挑战。

工业级电源带来的挑战

对于制造生产线、可再生能源系统、配送仓库和化学处理设施来说，其电子设备和系统都暴露于苛刻的工业环境中。电子设备可能会暴露在极端温度、湿度、机械冲击、电磁干扰 (EMI)、振动、灰尘、化学接触和爆炸性环境中。由于电子产品广泛应用于电源、控制和监测，因此在设计时必须确保所有这些应用的准确性、精确性、可靠性和安全性。

电源尤为关键。作为工业电子设备的核心组件，工业电源支持 AC 和 DC 稳压供电，其输出必须满足所连接设备的基础能耗需求，并预留足够的安全裕量。例如，电机、泵和运动控制驱动器等机电系统在启动时需要很高的峰值电流，工业电源必须能够提供这些这种电流。通常情况下，工业电源还需要具有过压、过流和过热保护功能。

电源必须能够在负载或线路变化时具有良好的稳压能力，并保证高效率。这对于安装在紧凑机箱中的电源尤为重要，因低效率会导致热量过度积聚。

工业电源的外形规格也很重要。工业电源必须能够安装在空间有限的机器或控制柜中。此外，工业应用要求能够快速更换有缺陷的设备，因此设备的安装应便于拆卸和更换。至关重要的是，工业电源必须通过安全和电磁兼容性 (EMC) 认证。

危险场所认证

危险场所 (HazLoc) 是一个专项认证领域。《美国国家电气规范》(NEC) 将危险场所定义为：因存在易燃气体或蒸汽、易燃液体、可燃粉尘、可燃性纤维或飞絮，可能引发火灾或爆炸危险的区域。工业电源和其他电子设备必须经过专项认证，确保其可在 HazLoc 环境中运行。

美国保险商实验室 (UL) 与欧盟《爆炸性环境用设备指令》(ATEX) 共同制定了危险场所用元器件的测试标准。此类认证可证明：通过认证的设备已满足在指定危险场所使用所需的最低相关安全标准。

认证考虑两个的因素：挥发性物质的类型和存在可能性。潜在爆炸物的类型决定认证类别。第 1 类包括易燃蒸汽和气体；第 2 类包括可燃粉尘，如面粉；第 3 类为可燃纤维和飞絮（小体积易燃颗粒，如织物）。

挥发性危险物质的存在概率，决定了危险场所的分区类型。第 1 类分区涵盖通常存在危险材料的环境。第 2 类分区涵盖通常不存在危险材料，但在某些条件下可能出现危险材料的环境。

用于 HazLoc 应用的工业电源

TRACO Power 的 DIN 导轨 TIB-EX 系列高效率电源（图 1）专为在恶劣环境和危险场所中运行而设计。DIN 导轨是一种金属导轨，广泛用于将工业控制设备安装在设备机架或盘柜中。该系列电源还提供侧装式安装选项，可实现更低的安装外形高度，以适配平板面板安装需求。该系列电源产品符合 UL HazLoc 1 类 2 区 (C1D2) 和 ATEX（EN60079-0、EN60079-7 和 EN60079-15）安全标准，并通过了 EMC 认证。

图 1：TIB-EX 系列 DIN 导轨电源通过了 HazLoc C1D2 认证和 EMC 认证，额定功率为 80 W、120 W、240 W 和 480 W（图片来源：TRACO Power）

HazLoc C1D2 电源设计用于在通常含有易燃气体或蒸汽，但在发生泄漏、设备故障或通风系统故障等异常情况下可能逸散的区域内安全运行。

C1D2 设备最重要的特性是在正常和意外运行条件下都不会成为起火源。这类设备的设计原则是：不会释放足以点燃挥发性爆炸性环境的电能或热能。因此，这类设备在正常运行过程中不会产生电弧或电火花，且外壳结构可限制挥发性危险物质的进入速率。

除获得 HazLoc 认证外，这类采用对流冷却的电源还具有 88% 至 95% 的高效率（具体取决于型号），可在 -40°C 至 +60°C 的温度范围内工作（满载）。额定功率为 80 W、120 W、240 W 和 480 W，输出电压为 12 V、24 V 或 48 V，工作电压为 85 V_AC 至 264 V_AC，频率为 50/60 Hz。

TIB-EX 系列电源非常适合工业环境，具有全面的运行保护功能，包括输出过压和短路保护。在输入端，该系列电源可防止电源线路电压暂降，即电压下降到低于额定值的 90%，但不会完全断开。典型的持续时间为 3 至 10 个周期或 50 ms 至 167 ms。该系列电源符合 SEMI F47 暂降抗扰度规范。

TIB-EX 电源还能承受短期功率过载，在 150% 的过载条件下可维持输出达 4 s。该系列电源非常适用于采用步进电机、电磁阀或执行器的系统设计 —— 此类负载在初始通电时会产生大电流冲击。

工业环境中另一种常见现象是反向功率，即电感器和减速电机等负载会将电压反馈到电源。TIB-EX 系列电源具备电源倒灌防护这一重要功能，有助于防止此类负载导致的停机或故障。

开关模式电源 (SMPS) 必须对其输入电容器进行初始充电，这可能会在电源首次连接到线路时产生较大的浪涌电流。大多数 SMPS 电源（如 TIB-EX 系列）使用浪涌电流限制器来控制这种浪涌电流。这些电源的额定浪涌电流为 30 A（230 V_AC 输入）、15 A（115 VAC）。

所有型号都通过前面板和侧板上的 DC-OK 触点闭合和 DC-OK LED 指示灯报告输出状态。

80 W TIB 080-112EX AC/DC DIN 导轨电源（图 2）的额定输出电压为 12 V，最大电流为 6.7 A。该电源外形紧凑，尺寸为 3.71" × 1.26" × 4.50 mm"。

图 2：TIB 080-112EX 是一款 12 V、80 W DIN 导轨式 HazLoc 级电源。（图片来源：TRACO Power）

TIB 080-112EX 采用反激式开关稳压器，开关频率介于 60 kHz 和 75 kHz 之间。其 12 V 输出电压可在 11.8 V_DC 至 15.0 V_DC 之间调节，输入电压调节幅度为 0.1% ，这是由于整个额定输入电压范围内的线路变化所致，负载调节幅度为 0.5% ，负载变化范围为额定负载的 10% 至 90% 。根据 IEC 61709 标准，该稳压器的运行效率为 90%，平均故障间隔时间 (MTBF) 为 1,950,000 小时 (hr）。

TIB 120-124EX（图 3）是一款典型的 120 W DIN 导轨式电源，其额定输出为 24 V 5 A，外形尺寸为 4.5" × 4.89" × 1.42"。

图 3：TIB 120-124EX 是一款 24 V、120 W 电源，采用 4.5" × 4.89" × 1.42" 封装。（图片来源：TRACO Power）

TIB 120-124EX 采用半桥电感器-电容器-电容器 (LCC) 拓扑结构，开关频率为 70 kHz - 100 kHz。这款电源具备有源功率因数校正功能。

这款电源的 24 V 标称输出电压可在 23.5 V 至 28 V 之间调节，额定效率为 94%，且其 MTBF 为 1 450 000 小时。

对于需要更大功率的设计人员，可以选择 TIB 240-148EX（图 4）电源。这是一款 240 W 电源，其标称输出电压为 48 V，最大输出电流为 5 A。该电源具有更大的外形尺寸，为 4.5" × 4.89" × 1.89"。

图 4：TIB 240-148EX 是一款 240 W DIN 导轨式电源，可输出 48 V、5 A 电流（图片来源：TRACO Power）

与 120 W 版本一样，这款电源采用半桥 LCC 拓扑，开关频率介于 75 kHz 和 100 kHz 之间。内置有源功率因数校正功能，标称输出电压为 48 V，可在 47 V 至 56 V 之间进行调节。最高效率高达 95% ，MTBF 为 1,300,000 小时。

TIB 480-124EX（图 5）是一款 480 W 电源，输出电压为 24 V，电流为 20 A，效率为 95% 。该电源的封装尺寸为 4.5" × 4.89" × 3.23"，具有远程开关功能，其输出电压可在 23.5 V 和 28 V 之间调节，MTBF 为 1,300,000 小时。

图 5：TIB 480-124EX 480 W 电源具有远程开关控制功能。（图片来源：TRACO Power）

结语

TRACO Power 的 TIB-EX 系列 DIN 导轨电源将高性能与可靠、高效和耐用的电路设计相结合，针对在工业应用中的控制柜安装进行了优化。该系列电源优势独特，可确保其用于危险环境。