上海翰粵自動化系統(tǒng)有限公司
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西門子電源模塊6ES7307-1EA01-0AA0
在SIMATIC S7-300設計中已被現場驗證的電源，配備PS-CPU接線梳以及卡裝到S7導軌上
西門子電源模塊6ES7307-1EA01-0AA0
德國西門子（SIEMENS）公司生產的可編程序控制器在我國的應用也相當廣泛，在冶金、化工、印刷生產線等領域都有應用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產品包括LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400等。 西門子S7系列PLC體積小、速度快、標準化，具有網絡通信能力，功能更強，可靠性高。S7系列PLC產品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等
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在SIMATIC S7-300設計中已被現場驗證的電源，配備PS-CPU接線梳以及卡裝到S7導軌上。
電源，類型 | 2 A |
|---|---|
訂貨號 | 6ES7 307-1BA01-0AA0 |
輸入 | 單相交流電源 |
額定電壓 V額定輸入 | 120/230 V AC |
電壓范圍 | 85 ... 132 V/170 ... 264 V |
過壓強度 | 2.3 x U輸入 額定, 1.3 ms |
電源緩沖，Iout rated 時 | > 20 ms，Uin = 93/187 V 時 |
額定電源頻率，范圍 | 50/60 Hz, 47 ...63 Hz |
額定電流 Iin rated | 0.9/0.5 A |
接通電流限制 (+25°C) | < 22 A, < 3 ms |
I2t | < 1.0 A2s |
集成輸入熔斷器 | T 1.6 A/250 V（不可觸及） |
在電源電纜中*使用小型斷路器 (IEC 898) | 3 A，特性曲線 C |
輸出 | 可控，隔離直流電壓 |
額定電壓 Vout rated | 24 V DC |
總公差 | ±3% |
| 約 0.1% |
| 約 0.2% |
殘余紋波 | < 50 mVpp (typ.< 5 mVpp) |
尖峰信號（帶寬：20 MHz） | < 150 mVpp （典型值< 20 mVpp) |
調節(jié)范圍 | - |
狀態(tài)指示器 | 24 V綠燈亮，正常 |
開關動作 | Uout無過沖 (軟起動) |
開啟延時/ | < 2 s/ 典型值10 ms |
額定電流 Iout rated | 2 A |
電流范圍 | |
| 0 ... 2 A |
| - |
動態(tài)過電流 | |
| 典型值9 A，90 ms 時 |
| 典型值9 A，90 ms 時 |
并聯增加功率 | √ |
效率 | |
效率，當 Vout rated, Iout rated 時 | 約 84% |
功率損耗，當 Vout rated, Iout rated時 | 約 9 W |
閉環(huán)控制 | |
動態(tài)線路補償 (Vin rated ±15%) | 典型值±0.1% U輸出 |
動態(tài)負載補償（Iout： 50/100/50%) | 典型值±0.8% U輸出 |
負載階躍調節(jié)時間 | |
| < 1 ms (典型值0.5 ms) |
| < 1 ms (典型值0.5 ms) |
保護和監(jiān)控 | |
輸出過電壓保護 | 附加控制回路，< 28.8 V 時關斷，自動重新起動 |
電流限值 | 2.2 ... 2.6 A |
短路保護 | 電子停機，自動重啟 |
連續(xù)短路 RMS 電流 | < 2 A |
過載/短路指示 | - |
安全 | |
主/次隔離 | √，安全特低輸出電壓 Uout，符合 EN 60950-1 和 EN 50178 |
保護類別 | Class I |
漏電電流 | < 3.5 mA（典型值0.5 mA) |
安全性測試 | √ |
CE 標識 | √ |
UL/cUL (CSA) 認證 | cULus-listed (UL 508，CSA C22.2 No. 142)，File E143289 |
防爆保護 | ATEX EX II 3G Ex nA II T4; |
FM 認證 | Class I Div. 2 組 A, B, C, D T4 |
船級社認證 | 在S7-300系統(tǒng)內 |
防護等級 (EN 60529) | IP20 |
EMC | |
輻射干擾 | EN 55022 Class B |
供電諧波限制 | 不適用 |
抗擾度 | EN 61000-6-2 |
運行數據 | |
環(huán)境溫度范圍 | 0 至 +60℃，自然對流 |
運輸和存儲溫度 | ?40 ... +85°C |
濕度等級 | 氣候等級為 3K3，符合 EN 60721 規(guī)范，無冷凝 |
機械機構 | |
連接 | |
| 每個螺釘型端子，用于 0.5 -2.5 mm 2 實心線/ 細絞線 |
| 有2個螺釘型接線端子，適用于 0.5 - 2.5 mm2 |
| 有2個螺釘型接線端子，適用于 0.5 - 2.5 mm2 |
外形尺寸（寬 x 高 x 深），[mm] | 40 x 125 x 120 |
重量，約 | 0.4 kg |
安裝 | 可安裝在 S7 導軌上 |
附件 | 用于標準安裝導軌的安裝適配器 (6EP1 971-1BA00) |
高速發(fā)展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源模塊技術的迅速發(fā)展。八十年代,計算機全面采用了開關電源,*完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進入了電子、電器設備領域。
計算機技術的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源模塊。綠色電腦泛指對環(huán)境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據美國環(huán)境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規(guī)定,桌上型個人電腦或相關的外圍設備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目 前效率為75%的200瓦開關電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。
通信業(yè)的迅速發(fā)展*的推動了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。當前在程控交換機用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關電源取代,高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現高效率和小型化。近幾年,開關整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。
因通信設備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。
DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應的性能,并同時收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源), 同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術,開關頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,要求電源模塊實現小型化,因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構,當前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。
不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經逆變器變成交流,經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。
現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入,可以實現對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。
目前在線式UPS的zui大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經有0.5kVA、lVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產品。
變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速,其在電氣傳動系統(tǒng)中占據的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器, 將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅動交流異步電動機實現無級調速。
上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期,日本東芝公司zui先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點。國內于90年代初期開始研究變頻空調,96年引進生產線生產變頻空調器,逐漸形成變頻空調開發(fā)生產熱點。預計到2000年左右將形成高潮。變頻空調除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調變頻電源研制的進一步發(fā)展方向。
高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應用前景。
逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經高頻變壓器耦合, 整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。
由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為zui關鍵的問題,也是用戶zui關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器,通過對多參數、多信息的提取與分析,達到預知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進而提前對系統(tǒng)做出調整和處理,解決了當前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調節(jié)范圍5~300A,重量29kg。
大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、科研X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。
自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術,將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關電源技術迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進一步減小。
國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開關串聯諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,zui后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。
傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時,網側三次諧波含量可達(70~80)%,網側功率因數僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足,是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統(tǒng)開關電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流; (2)電流環(huán)基準信號為電壓環(huán)誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。
分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)?？刂萍呻娐纷骰静考?利用理論和技術成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產效率。
八十年代初期,對分布式高頻開關電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發(fā)展，各種變換器拓撲結構相繼出現,結合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術,使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統(tǒng)研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為電力電子學界的研究熱點,論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。
分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經濟和維護方便等優(yōu)點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的zui為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。
電源的電磁干擾水平是設計中zui難的部分，設計人員能做的zui多就是在設計中進行充分考慮，尤其在布局時。由于直流到直流的轉換器很常用，所以硬件工程師或多或少都會接觸到相關的工作，本文中我們將考慮與低電磁干擾設計相關的兩種常見的折中方案[1] 。
電源設計中即使是普通的直流到直流開關轉換器的設計都會出現一系列問題，尤其在高功率電源設計中更是如此。除功能性考慮以外，工程師必須保證設計的魯棒性，以符合成本目標要求以及熱性能和空間限制，當然同時還要保證設計的進度。另外，出于產品規(guī)范和系統(tǒng)性能的考慮，電源產生的電磁干擾(EMI)必須足夠低。不過，電源的電磁干擾水平卻是設計中zui難精確預計的項目。有些人甚至認為這簡直是不可能的，設計人員能做的zui多就是在設計中進行充分考慮，尤其在布局時。
盡管本文所討論的原理適用于廣泛的電源設計，但我們在此只關注直流到直流的轉換器，因為它的應用相當廣泛，幾乎每一位硬件工程師都會接觸到與它相關的工作，說不定什么時候就必須設計一個電源轉換器。本文中我們將考慮與低電磁干擾設計相關的兩種常見的折中方案;熱性能、電磁干擾以及與PCB布局和電磁干擾相關的方案尺寸等。文中我們將使用一個簡單的降壓轉換器做例子，如圖1所示。
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