原创 物联网系统中隔离式交流转直流AC/DC电源模块方案

物联网系统中为什么要使用隔离式AC/DC电源模块

物联网系统中使用隔离式AC/DC电源模块的原因主要基于其在电力转换、系统安全、电磁兼容性以及设备保护等方面的优势。以下是详细分析：

电力转换的高效性

• 高效转换：隔离式AC/DC电源模块能够将交流电（AC）高效地转换为直流电（DC），满足物联网设备对直流电源的需求。这种高效的电力转换有助于减少能源浪费，提高系统的整体能效。
• 稳定输出：通过内部的稳压和滤波电路，隔离式AC/DC电源模块能够提供稳定的直流输出电压和电流，确保物联网设备在各种工作环境下都能获得稳定的电力供应。

系统安全性提升

• 电气隔离：隔离式AC/DC电源模块的关键特性之一是电气隔离，它能够在输入电源（交流电）和输出电源（直流电）之间形成有效的电气隔离屏障。这种隔离能够防止电网中的电压波动、浪涌和噪声等干扰因素影响到物联网设备的正常运行，从而提高系统的整体安全性。
• 保护机制：隔离式AC/DC电源模块通常还配备有过压、过流、短路等多种保护机制，能够在异常情况下及时切断电源，防止设备损坏或引发安全事故。

电磁兼容性增强

• 减少电磁干扰：物联网系统中包含大量的电子设备和传感器，它们之间通过无线网络进行通信。隔离式AC/DC电源模块通过电气隔离和滤波等措施，能够减少电源模块本身产生的电磁干扰（EMI），降低对其他电子设备的干扰，提高系统的电磁兼容性。
• 增强信号质量：稳定的直流电源输出有助于改善物联网设备中信号处理器的工作环境，提高信号质量和传输效率，确保设备之间的无线通信更加稳定和可靠。

设备保护与维护便捷性

• 延长设备寿命：稳定的电力供应和电气隔离措施有助于保护物联网设备免受电网波动和电磁干扰的损害，从而延长设备的使用寿命。
• 便于维护：隔离式AC/DC电源模块通常采用模块化设计，便于安装、调试和维护。当电源模块出现故障时，可以迅速更换新的模块，降低维护成本和时间。

具体应用场景

工业自动化系统：

• 在工业自动化控制系统中，隔离式电源模块用于为传感器、执行器、PLC（可编程逻辑控制器）等提供稳定且隔离的电源。这有助于减少电气噪声和干扰，提高系统的稳定性和可靠性。

医疗设备：

• 医疗设备对电源的稳定性和安全性要求极高。隔离式电源模块能够确保医疗设备与患者之间的电气隔离，防止电流泄漏，从而保护患者的安全。同时，它还能减少电磁干扰，确保医疗设备的精确测量和诊断。

通信设备：

• 在通信系统中，隔离式电源模块被用于为基站、交换机、路由器等通信设备提供稳定、可靠的电源。它能够有效隔离电网中的噪声和干扰，保证通信信号的清晰和稳定传输。

仪器仪表：

• 精密仪器仪表对电源的质量要求很高。隔离式电源模块能够提供稳定、纯净的电源，减少电源波动和噪声对仪器测量结果的影响，提高测量的准确性和精度。

电力系统：

• 在电力系统中，隔离式电源模块可用于为电力监控设备、保护装置等提供隔离电源。这有助于减少电网中的电磁干扰和故障电流对设备的影响，提高电力系统的安全性和稳定性。

交通运输：

• 在交通运输领域，如铁路、地铁、航空航天等，隔离式电源模块被广泛应用于信号系统、控制系统和通信系统中。它们能够确保在恶劣的电气环境下，系统仍然能够稳定、可靠地运行。

安全敏感场合：

• 在一些对安全要求极高的场合，如石油、化工、煤矿等，隔离式电源模块能够防止电气火花引起的爆炸和火灾等危险情况，确保生产安全。

数据处理中心：

• 数据处理中心需要大量的服务器和存储设备，这些设备对电源的可靠性和稳定性要求很高。隔离式电源模块能够提供高质量的电源，确保数据处理中心的稳定运行和数据安全。

综上所述，物联网系统中使用隔离式AC/DC电源模块是出于电力转换高效性、系统安全性提升、电磁兼容性增强以及设备保护与维护便捷性等多方面的考虑。这些优势使得隔离式AC/DC电源模块成为物联网系统中不可或缺的重要组成部分。

本文会再为大家详解电源模块家族中的一员——隔离式AC/DC电源模块。

隔离式AC/DC电源模块的定义与原理

• 定义：隔离式电源模块通过电磁感应原理和电子元件实现电能的传递和隔离，确保输入端与输出端之间的电气隔离。
• 原理：该模块通常由输入端、输出端、隔离变压器、电子元件（如整流电路、滤波电路、稳压电路和开关电路）和保护电路等组成。输入端接收主电源的输入，经过滤波电路处理后，使用隔离变压器进行电能传递。隔离变压器通过磁耦合将输入端与输出端完全隔离开来，实现电气隔离。在电能传递过程中，输出端的电压、电流和频率可以通过变压器的变比进行调整。

隔离式AC/DC电源模块的组成部分

• 输入端：接收主电源的输入，经过滤波电路进行滤波和静电保护。
• 隔离变压器：作为核心部件，通过磁耦合将输入端与输出端完全隔离开来，实现电气隔离。
• 电子元件：包括整流电路、滤波电路、稳压电路和开关电路等，用于对电能进行转换和调节。
• 保护电路：主要包括过压保护、过流保护、过温保护和短路保护等功能，确保设备的安全和稳定运行。

隔离式AC/DC电源模块的优点

• 电气隔离：有效隔离输入端与输出端，防止电气干扰和噪声传播，提高系统的稳定性和可靠性。
• 安全性高：由于实现了电气隔离，降低了触电风险，提高了设备使用的安全性。
• 宽电压表现：能够在较宽的电压范围内正常工作，适应不同的供电环境。

隔离式AC/DC电源模块的缺点

• 成本较高：由于需要额外增加隔离变压器等元件，导致制造成本和材料成本上升。
• 体积较大：相比非隔离电源模块，隔离式电源模块的体积通常较大，限制了在一些对体积要求较高的场合的应用。
• 效率较低：在转换过程中，部分能量会被转化成热能散失，导致效率降低。
• 电气噪声较大：隔离变压器等元件可能产生磁场和电场干扰信号，导致系统的电气噪声较大。

隔离式AC/DC电源模块的选型参数

1、输入电压范围

• 定义：输入电压范围是指电源模块能够接受并稳定工作的电压区间。
• 重要性：选择合适的输入电压范围可以确保电源模块在不同供电环境下都能正常工作。
• 示例：常见的输入电压范围包括9~18VDC、18~36VDC、4.5~9VDC等，具体取决于模块规格和应用需求。

2、输出电压和电流

• 定义：输出电压和电流是电源模块提供给负载的电压和电流值。
• 重要性：这两个参数直接决定了电源模块的供电能力和适用性。
• 示例：输出电压可能包括5V、12V、24V、50V、100VDC等多种规格，而输出电流则根据模块功率和负载需求来确定。

3、功率

• 定义：功率是电源模块能够提供的总能量输出，通常以瓦特（W）为单位。
• 重要性：功率大小决定了电源模块能够驱动多大负载。
• 示例：常见的功率范围从几瓦到几百瓦不等，具体取决于应用需求。

4、隔离电压

• 定义：隔离电压是指电源模块输入端与输出端之间的电气隔离程度，通常以伏特（V）为单位。
• 重要性：隔离电压越高，电气隔离效果越好，安全性和可靠性也越高。
• 示例：常见的隔离电压包括1000VDC、1500VDC、3000VDC等，具体取决于应用的安全标准和要求。

5、工作温度和湿度

• 定义：工作温度和湿度是指电源模块能够正常工作的环境温度和湿度范围。
• 重要性：这些参数对于确保电源模块在不同环境条件下的稳定性和可靠性至关重要。
• 示例：工作温度范围可能包括-40℃~+85℃，而湿度则通常有一个上限值，如相对湿度不超过90%。

6、转换效率

• 定义：转换效率是指电源模块将输入电能转换为输出电能的比例。
• 重要性：高效率的电源模块能够减少能量损失和发热量，提高系统的整体效率。
• 示例：常见的转换效率可能高达80%或更高。

7、尺寸和封装形式

• 定义：尺寸和封装形式是指电源模块的物理尺寸和安装方式。
• 重要性：这些参数对于确保电源模块能够适配到特定的安装空间和布局中至关重要。
• 示例：常见的封装形式包括SIP（单列直插封装）、DIP（双列直插封装）等，尺寸则根据模块功率和设计需求来确定。

8、保护功能

• 定义：保护功能是指电源模块在异常情况下能够自动切断输出或采取其他措施保护自身和负载的能力。
• 重要性：这些功能能够提高电源模块的安全性和可靠性。
• 示例：常见的保护功能包括过压保护、过流保护、短路保护、过热保护等。

9、其他特殊参数

• 定义：除了上述常规参数外，还可能包括一些特殊参数，如输出电压调节范围、纹波和噪声水平、电磁兼容性（EMC）等。
• 重要性：这些参数对于满足特定应用需求和提高系统性能具有重要意义。

隔离式AC/DC电源模块的的厂商

国际知名厂商

VICOR

• 所属公司：怀格贸易(上海)有限公司
• 简介：美国Vicor Corporation旗下品牌，全球领先的电源模块技术公司，致力于模块化电源技术创新，拥有先进的配电架构、转换拓扑及封装技术，为电源系统设计人员提供高级、高性能模块化解决方案。其产品广泛应用于基础设施、工业及汽车应用等领域。

ARTESYN（雅特生科技）

• 所属公司：雅达电子有限公司
• 简介：成立于1971年美国，原艾默生网络能源，现隶属于先进能源工业公司，是电源转换与嵌入式计算技术领域的全球领导者。旗下拥有Astec、Artesyn两个品牌，其中低功率和模块化高功率AC-DC电源以卓越的性能、可靠性和成本效益闻名于世，被广泛应用于医疗、通信、计算、存储等多个领域。

SynQor

• 所属公司：美国SynQor公司
• 简介：全球领先的电源解决方案供应商，集电源转换模块、尖端电源系统等产品研发、生产、销售于一体。其产品以性能、品质和可靠性领先业界而闻名，广泛应用于军事、工业、轨道交通、商业航空电子设备等多个领域。

TDK-Lambda

• 所属公司：东电化兰达(中国)电子有限公司
• 简介：隶属于日本TDK集团，全球知名的工业电源解决方案和电源产品提供商。产品涵盖AC-DC电源、DC-DC开关电源、可编程电源等。在中国设有工厂，提供从研发、生产到销售和维护的全方位电源解决方案。

COSEL

• 所属公司：无锡科索电子有限公司
• 简介：日本极具规模的电源生产厂家，专业从事电源产品设计、开发、生产为一体的大型跨国企业。致力于AC-DC开关电源、DC-DC转换器和模块的专业制造，在中国无锡设有工厂，主要负责国内的产品销售及管理。

国内知名厂商

华为HUAWEI

• 所属公司：华为投资控股有限公司
• 简介：华为数字能源成立于2021年，前身为华为网络能源产品线，全球领先的数字能源产品与解决方案提供商。其嵌入式电源业务涵盖服务器电源、AC-DC模块、DC-DC模块等，以被集成的方式提供高效节能、低TCO的数字化和模组化供电解决方案。

金升阳Mornsun

• 所属公司：广州金升阳科技有限公司
• 简介：国内一站式电源解决方案提供商，集开关电源、板载式电源、行业专用电源等产品研发、生产、销售于一体。拥有强大的自主研发和知识产权优势，经销网络覆盖全球，其商标已在全球50多个国家与地区注册。

新雷能

• 所属公司：北京新雷能科技股份有限公司
• 简介：专业从事功率微模组、模块电源、定制电源、大功率电源及供配电电源系统研发、制造的国家高新技术企业。始终坚持“科技领先”的发展战略，现已累计获得各项知识产权200余项，其中发明专利超40项。

此外，还有如航天长峰朝阳电源有限公司、深圳市钲铭科电子有限公司、广州晟蚨贸易有限公司等国内厂商也在隔离式电源模块领域具有一定的市场份额和技术实力。

供应商A:爱浦电子

1、产品能力

（1）主推型号1:DA3-220S05G9D4

对应的产品详情介绍

DA3-220SXXG9D4系列-----是爱浦为客户提供的小体积，高效率模块电源。该系列电源具有全球输入电压范围、交直流两用、低纹波，低温升、低功耗、高效率、高可靠性、高安全隔离、EMC性能好等优点。EMC及安全规格满足国际EN55032、IEC/EN61000的标准。该系列产品在电力、工业、仪器仪表及智能家居等多个领域都有广泛的应用。当产品应用于电磁兼容比较恶劣的环境需参考我司给出的应用电路。

封装尺寸

• 硬件参考设计

• 核心料（哪些项目在用）

奇迹物联智能空开4G DTU

2、支撑

（1）技术产品

• 技术资料

100001_1811305284_DA3-220SXXG9D4系列技术手册（REV-A11 2024-04-29）.pdf

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