通过精心挑选现成的、专为这些应用设计的DIN导轨电源和保险丝，即可应对这些挑战。
本文简要概述了实施这些电源所面临的挑战，并介绍了RECOM Power公司的一系列AC/DC和DC/DC DIN导轨电源以及配套的保险丝，这些产品能够可靠、安全地提供工业级直流电源。

工业电源面临的挑战：
工业应用电源必须结构紧凑，能够接受各种高压三相交流或直流输入，具备高效率，符合众多法规要求，支持并联运行以实现冗余，并为用户和系统提供可靠的保护。此外，它们还必须在宽温度范围内仅依靠被动散热即可满足性能指标，展现出高平均故障间隔时间 (MTBF) 的整体可靠性，并且部署和维护成本低廉。
这些应用的需求限制了定制设计和外形尺寸的选择，因此 DIN 导轨安装式电源和保险丝成为首选。现在的挑战在于如何精心选择以优化应用。

电源：从外壳开始。
电源在系统完整性方面发挥着至关重要的作用，但其重要性往往被低估。电源设计始于封装，封装会影响其在工业环境中的电气、机械和热性能。因此，几乎所有工业电源都设​​计为标准 DIN 导轨安装（图 1）。

图 1：一款工业机柜，其 DIN 导轨上安装有多种模块类型，方便从正面安装和拆卸模块，也便于接线。（图片来源：Hackaday）

导轨固定在机柜或设备外壳的后板上。所有电气模块，例如电机驱动器、回路控制器、电源、信号接口、安全子系统和通信接口，都安装在该导轨上，所有电源和信号连接均可从正面进行操作。.

DIN导轨式安装方式与19英寸机架截然不同，后者采用前后双接口连接模块。这种机架广泛应用于实验室仪器和测试/测量系统。由于机柜空间通常因需容纳的模块数量而受到限制，DIN导轨式安装方式更加便捷实用。.

许多工业应用中的交流/直流电源采用 320 VAC 至 575 VAC 的三相输入电压，必须提供稳定、纯净的电压，能够承受 24 VDC 或 48 VDC 的电压波动，以保障电机控制器等负载的安全。此外，许多应用现在需要使用 430 V 至 815 V 的高压直流电源。直流电源非常适合基于微电网的工厂自动化应用以及包括沼气、光伏和风力发电装置在内的可再生能源解决方案。.

为了满足工业DIN导轨安装应用的高功率需求，设计人员可采用RECOM Power的RACPRO1
例如， RACPRO1-T240/24 、 RACPRO1-T480/24和RACPRO1-T960/24型号（图2，从左至右）分别提供240W、480W和960W的功率，输出电压为24V。另有48V输出电压的版本可供选择，其他方面与上述型号相同。此外，这些电源的标称输出电压可在24V至28V和48V至56V之间调节。

图 2：紧凑型 DIN 导轨电源 RACPRO1-T240/24（左）、RACPRO1-T480/24（中）和 RACPRO1-T960/24（右）分别提供 240 W、480 W 和 960 W 的功率。（图片来源：RECOM Power）

这些模块的一大亮点在于其紧凑的尺寸。具体而言，三个电源模块的宽度分别为 43 毫米、52 毫米和 80 毫米（1.69 英寸、2.05 英寸和 3.15 英寸）。所有三个模块的高度均为 135 毫米（5.31 英寸），深度则根据型号不同而有所差异，范围从 140 毫米到 156 毫米（5.51 英寸到 6.14 英寸）。对于安装人员和技术人员来说，一个重要的特性是这些模块采用线笼式夹具和 +25° 推入式连接器，无需工具即可快速、轻松地进行安装和拆卸。RACPRO1
系列的高效率降低了运行成本和电源产生的热量。因此，所需的散热片尺寸更小，散热面积也更小。

这些电源无需风扇或其他主动式空气冷却系统进行强制风冷；它们采用自然对流散热设计，这在工业环境中具有另一项优势。每个模块都包含两个独立的气流通道，以最大限度地利用“烟囱效应”进行冷却。.

该系列电源的小巧体积和高效率得益于巧妙的设计和精选的元器件。RACPRO1-T960/24 的效率高达 96%，而 RACPRO1-T240/24 和 RACPRO1-T480/24 的效率分别为 94.1% 和 95%。此外，尽管输出功率高达数百瓦，这些电源在空载条件下仅消耗约 1 瓦的功耗。
这些电源的高效性和散热能力使其能够在高温下稳定运行。960W 的 RACPRO1-T960/24 可在高达 +60°C 的温度下提供额定功率，而 240W 的 RACPRO1-T240/24 的工作温度范围略高，可达 +70°C。
高温并非唯一的考量因素；许多系统，例如室外空调机组，也需要应对极寒环境。为了满足这一需求，RACPRO1 电源已通过认证，可在 -40°C 的低温环境下运行。

电气性能和特性：
工业环境电源不仅需要在各种输入电压和负载下提供额定电压，还必须具备其他功能。其他必要特性包括高反向电压抗扰度、扩展浪涌抗扰度和功率提升功能。
当电机等非电阻性负载通电或断电时，电源输出端可能会出现反向电流（也称为反馈）。反向电压抗扰度是指电源承受这种反向电压的能力。RACPRO1 电源的 24V 输出反向电压抗扰度为 35V，48V 输出反向电压抗扰度为 63V。
对于线路浪涌，这些电源的浪涌抗扰度高达 6kV，符合相关行业和监管标准。
这些电源提供功率提升功能，以满足瞬时功率需求超过额定输出功率的负载。例如，高功率 RACPRO1-T960/24 可以将功率提升高达 150%，持续 6 秒，从而消除许多由瞬态负载引起的中断。
480W 和 960W RACPRO1 设备的另一个人性化功能是一条简单的垂直 LED 线（图 3），用于指示电源提供的额定输出功率的百分比。

图 3：480W 和 960W RACPRO1 模块均配备便捷的指示器，用于显示电源实际输出功率占额定输出功率的百分比。（图片来源：RECOM Power）

通过分析、设计和评估实现可靠性。
所有应用都需要可靠性。以 RACPRO1 系列产品为例，其高效率可降低散热，从而提高组件可靠性。此外，RACPRO1 系列旨在提供卓越的性能和效率，并针对散热性能、平均故障间隔时间 (MTBF) 和集成保护功能等关键指标进行优化。这些集成保护功能，包括过压保护、短路保护和过热关断保护，可增强耐用性，并确保在严苛的工业环境中持续运行。

为了验证长期可靠性，RECOM 对每款产品都进行了严格的寿命测试，包括长时间应力模拟、冲击和振动测试以及高温耐受性评估。建模、分析和测试表明，在最严苛的满载条件下，这些电源在 40°C 下的寿命约为 80,000 小时。
然而，在某些应用中，即使是由于内部或外部因素导致的罕见故障也是不可接受的。针对这些应用，RACPRO1-T480/24 和 -T960/24 型号允许并联两个或多个单元，以实现冗余或提高输出容量（图 4）。

图 4：RACPRO1-T480/24 和 RACPRO1-T960/24 型号可以并联使用，以提供备份冗余或提高额定输出功率。（图片来源：RECOM Power）.

这种配置提供了冗余性，并支持负载均衡，因为两个电源都能均匀地分配电力。这些特性可以防止系统停机，并在工业自动化环境和其他可能因中断而影响生产效率和安全性的运行环境中保持稳定的电力供应。此外，这些电源明确的恒压/恒流 (CV/CC) 输出特性允许为电池充电，以提供额外的备用电源。.

法规遵从性：
电源与其他电子产品一样，须遵守多项法规。其中一些法规涉及运行方面，例如功率因数（本产品电源的功率因数必须高于 0.9）、电磁干扰 (EMI)、不同功率等级下的效率以及空载功耗。其他法规则与安全相关。
本产品拥有多项电气性能认证，其中包括符合 EN 61000-6-4 B 级（辐射）和 EN 61000-6-2（抗扰度）标准的认证。此外，本产品还通过了 IEC/EN/UL 62368-1、IEC/EN/UL 61010-1 和 IEC/EN/UL/CSA 61010-2-201 等全球安全标准认证。

以防万一，加装一个保险丝。
考虑到这些电源具备多种保护功能，在发生严重过电流时会“跳闸”的保险丝似乎显得多余。这或许没错，但设计人员可能出于安全考虑还是会安装一个，或者更可能的是，这是安装时生效的电气规范的要求。
为了满足这一需求，RACPRO1 系列配备了 RACPRO1-4SP/24V/5A DIN 导轨电子保险丝（e-fuse）模块（图 5），该模块已获准用于替代传统的热熔断器或断路器。请注意，该模块可与任何电源配合使用，而不仅仅是 RACPRO1 系列。

RACPRO1-4SP /24V/5A 是一款紧凑型模块，尺寸为 110.2 mm × 72.0 mm × 61.9 mm（4.34 英寸 × 2.83 英寸 × 2.44 英寸），用作连接至主直流电源轨的监控元件。该 5 A 模块（另有 10 A 版本可选）可将 24 VDC 电源分配至四个独立控制的负载通道，并具有独立的过流限制控制和实时输出电流指示功能。

图 5：RACPRO1-4SP/24V/5A DIN 导轨电子保险丝模块具有四个独立的电子保险丝，每个保险丝的额定电流为 5 A。（图片来源：RECOM Power）

这些通道按顺序激活，以预设的延时降低浪涌电流。在系统过载情况下，通道将按相反顺序断开负载，确保关键功能持续运行直至系统结束。虽然这些通道可以联动运行，但每个通道都可以独立激活或停用，以便于故障诊断或维护。
电子熔断器模块的功能远不止是简单地替代传统的“过电流断开”热熔断器。它由内部逻辑电路控制，能够保护负载和电源并对其进行优先级排序，动态检测并响应过电流、欠压和过压情况。

每个通道均独立保护，因此单个负载的过载或故障不会影响系统的整体可靠性或功能。除了每个通道 5 A 的基本最大电流外，该模块还提供 5 秒的 150% 功率提升，并可承受超过 150% 的过载长达 100 毫秒，以防止意外跳闸。这些在工业应用中都至关重要，因为负载变化、电机堵转、浪涌电流尖峰和其他突发事件既可预见又不可避免。.

作为一项额外的故障排除功能，每个通道都有一个 LED 指示灯条来指示其状态（图 6）。它会显示输出电流状态，指示灯颜色会从绿色变为黄色（电流在限值范围内），再变为橙色（电流达到限值），最后变为红色（过电流或短路）。.

图 6：四个电子保险丝均配有多色 LED 指示灯条，可快速显示大量通道状态信息。（图片来源：RECOM Power）

与 RACPRO1 电源相辅相成，这些电子保险丝在 +40°C 下的预期寿命也超过 80,000 小时，并且采用简单的接线方式，无需工具即可插入端子和杠杆释放装置。.

结论：
工业应用电源必须能够以紧凑的形式，可靠高效地从高压交流电网或直流电源轨提供低压直流电流。RECOM Power 的 RACPRO1 DIN 导轨安装模块满足这些要求，并简化了安装和维护。配套的四通道电子熔断器模块提供独立的通道，同时允许这些通道互连，从而提高运行效率，并改进故障检测和管理。

作者：Bill Schweber，DigiKey北美编辑供稿， DigiKey