工業(ye) 和鐵路係統中采用多電壓供電，這使得電源模塊無法通過歸一化來實現保持時間保護，增加了客戶應用係統的設計難度和管理成本。今天我們(men) 給工程師分享金升陽超寬電壓範圍和電容歸一化應用案例，並提供原廠免費樣片申請。

超寬輸入範圍的鐵路電源解決(jue) betway必威官方

全球工業(ye) 和主流鐵路係統均采用多電壓設備供電，它使得電源模塊無法通過歸一化來實現保持時間保護，增加了客戶應用係統的設計難度和管理成本。針對這個(ge) 問題，MORNSUN發明了一種主動保持時間保護電路，以兼容超寬電壓輸入範圍和電容歸一化。

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電路設計的難點

在全球工業(ye) 和主流的鐵路控製係統中，像德國、美國、法國、印度等大多數國家的電源電壓都要求內(nei) 部控製係統，以容納 24V、28V、36V、48V、72V、96V、110V 電壓。因此，一個(ge) 電源無法歸一化到多個(ge) 係統，這增加了客戶係統設計的難度和管理成本。

為(wei) 了滿足超寬輸入電壓範圍，電源模塊的輸入範圍最好設計成 14 V~160 V。同時，鐵路係統有很高的可靠性要求，要求後端設備能夠存儲(chu) 保持時間狀態數據，並在電源切斷 後有序地切換到備用電源。因此，需要在電源模塊的前端設置一個(ge) 儲(chu) 能電容器，以維持 10ms 的保持時間保護時間。

傳(chuan) 統解決(jue) 方案

在傳(chuan) 統的解決(jue) 方案中，保持時間保護一般是通過在輸入端並聯一個(ge) 電解電容器來實現的。

電解電容器是保護保持時間的傳(chuan) 統解決(jue) 方案（圖片來源：MORNSUN Power）

由於(yu) 電源的輸入電壓範圍很寬，而外部儲(chu) 能電容器是根據最大輸入電壓來選擇的，所以電容的電容值就必須很大，這樣才能與(yu) 低壓係統的應用相適應。如：對於(yu) 最大輸入電壓達 160 V、功率為(wei) 100 W 的情形，儲(chu) 能電容器的電容值約為(wei) 190μF，可實現 10ms 的保持時間保護時間。然而，如果與(yu) 24 V 係統兼容，電容將達到 8000 μF，外部儲(chu) 能電容器的物理尺寸將更大（約為(wei) 四分之一磚電源模塊的 3.8 倍）。

顯示輸出電壓所需外部儲(chu) 能電容的圖形和圖表（圖片來源：MORNSUN Power）

鐵路行業(ye) 常見的解決(jue) 方案是根據客戶不同的應用係統推薦不同耐壓的外部儲(chu) 能電容器，以解決(jue) 上述問題。但這將導致客戶的係統無法歸一化，從(cong) 而違背超寬輸入範圍電源模塊的設計初衷，增加了客戶係統設計難度、材料管理成本和認證成本。

主流解決(jue) 方案

①兩(liang) 段式拓撲結構

現在，市場上的主流解決(jue) 方案是兩(liang) 級拓撲結構。前級拓撲結構采用升壓電路，後級是常見的拓撲結構，如反激、半橋或全橋電路。外部儲(chu) 能電容器放置在兩(liang) 級拓撲結構之間。

主流兩(liang) 級拓撲結構方案（圖片來源：MORNSUN Power）

當出現低輸入電壓時，它將被升壓電路提升到設定的高電壓值，以便為(wei) 外部儲(chu) 能電容器充電。當出現高輸入電壓時，它將穿過升壓電路並直接對外部儲(chu) 能電容器充電。因此，在這個(ge) 方案中，可以選擇耐壓大、電容小的電解儲(chu) 能電容器。這可以持續給後級供電，以實現輸入電壓被切斷時所需的保持時間保護時間。

兩(liang) 級拓撲方案的利與(yu) 弊（圖片來源：MORNSUN Power）

②單級拓撲結構 + 無源降壓

與(yu) 兩(liang) 級拓撲結構相比，提高了效率和可靠性。

無源降壓主流方案（圖片來源：MORNSUN Power）

以市場上主流的降壓充電方案為(wei) 例，當提供輸入電壓 (>24 V) 且電路正常開啟時，降壓電壓會(hui) 將輸入電壓鉗製在 22 V 的設定低電壓值，同時充電電路會(hui) 同步給外部電容充電。當輸入電壓降低到 22V 以下時，外部電容器將通過二極管切換進來，向後端提供儲(chu) 存的電力，從(cong) 而保持 10ms 的保持時間保護時間。所以當輸入電壓高於(yu) 22V 時，通常會(hui) 執行保持時間保護功能。此時，係統隻需要一個(ge) 耐壓為(wei) 35 V 的 8000 μF 電解電容器。

然而，當輸入電壓低於(yu) 22 V 時，外部電容器的電壓與(yu) 輸入電壓相同，其儲(chu) 能將不足以維持10ms 的保持時間保護功能。當客戶係統需要欠壓保護功能時，如 48 V 的係統，欠壓保護設定為(wei) 27 V，儲(chu) 能電容器的充電電壓為(wei) 22 V，當輸入端斷電時，儲(chu) 能電容器需要低於(yu) 22 V 才開始放電，但 22 V 不足以開啟電源的欠壓點，那時係統就會(hui) 關(guan) 閉，這意味著保持時間保護功能失效。

單級拓撲結構 + 無源降壓解決(jue) 方案的利與(yu) 弊。（圖片來源：MORNSUN Power）

新技術升級：主動保持時間保護電路

MORNSUN 發明了一種主動保持時間保護電路，使得電源模塊不僅(jin) 具有超寬電壓範圍，而且實現了歸一化的電源，其特點是體(ti) 積小，固定外圍電路簡單，適用於(yu) 各種鐵路係統。

該電路內(nei) 置了一個(ge) 能量預存模塊和一個(ge) 輸入保持時間自動切換模塊。通過精確的設計和計算，能量預存模塊可以最大限度地減少電容器的體(ti) 積，並使能量存儲(chu) 最大化。保持時間自動切換模塊可以實時檢測輸入電壓的狀態。一旦輸入電壓被切斷，外部電容器將主動給輸入端主電源供電，使產(chan) 品繼續工作 10 ms，以便後端設備存儲(chu) 保持時間狀態數據並切換到備用電源，從(cong) 而實現自動平穩的切換。

主動保持時間保護電路（圖片來源：MORNSUN Power）

同時，主動保持時間保護電路具有可編程的欠壓保護功能。當客戶調整欠壓點以適用於(yu) 不同的電源係統時，該解決(jue) 方案可以確保在全輸入電壓範圍內(nei) 實現 10ms 的保持時間保護。

這項技術已經成功地應用於(yu) Mornsun 的鐵路電源，即 UWTH1DxxQB-100WR3 係列。該係列具有 14 - 160 V_DC 的超寬輸入電壓範圍，滿足全球主流鐵路係統的輸入電壓要求；通過一個(ge) 簡單、固定的外圍電路和一個(ge) 470 μF 的電解電容器，實現了 10 ms 的保持時間保護功能。輸入欠壓保護可以通過改變外部電阻來調節，具有高達 5000 米的工作海拔，以及高達 4000 V_AC 的隔離電壓。

UWTH1DxxQB-100WR3 係列具有 14 至 160 V_DC 的超寬輸入電壓範圍（圖片來源：MORNSUN Power）

總結：

如果工程師們(men) 對係統規格和認證的要求較低，那麽(me) 就可以選擇傳(chuan) 統的解決(jue) 方案。此外，如果對能效指標或保持時間保護功能的要求較低，也可以選擇傳(chuan) 統的拓撲結構解決(jue) 方案。另一個(ge) 選擇是，如果想要一個(ge) 適合各種工作條件的高集成度解決(jue) 方案，那麽(me) 就應選擇更令人放心的主動保持時間保護電路解決(jue) 方案。

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