《电子技术应用》
您所在的位置:首页 > 电源技术 > 设计应用 > 一种高性能工业电源转换模块的设计与实现
一种高性能工业电源转换模块的设计与实现
网络安全与数据治理
殷宇朝,王营营,刘泽华,霍毅,刘晖,赵斌卿
中电智能科技有限公司
摘要: 针对工业过程控制中传统电源模块转换效率低、输出电压波动大、保护机制不完善等问题,提出一种集成高效转换、精准控制、多重保护及智能通信功能的电源转换模块。该模块由滤波电路、有源功率因数校正电路等12个核心单元组成,通过PWM闭环控制与MCU协同调节实现稳定输出,具备输入过压和欠压、输出过压和过流、过温等多重保护功能。测试结果表明,该模块转换效率达89%以上,较传统电源模块效率提升5%~10%,输出电压精度在±3%以内,电压与负载调整率均≤1%,优于同类产品。该模块各项性能指标满足工业自动化控制系统对高可靠性电源的需求,可广泛应用于PLC控制、智能传感器等对电源稳定性要求严苛的场景,具有较高的实用价值与推广前景。
中图分类号:TP273;TN86文献标识码:ADOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2025.12.005引用格式:殷宇朝,王营营,刘泽华,等. 一种高性能工业电源转换模块的设计与实现[J].网络安全与数据治理,2025,44(12):34-38,68.
Design and implementation of a highperformance industrial power conversion module
Yin Yuchao,Wang Yingying,Liu Zehua,Huo Yi,Liu Hui,Zhao Binqing
Intelligence Technology of CEC Co., Ltd.
Abstract: Aiming at the problems of low conversion efficiency, large output voltage fluctuation and inadequate protection mechanisms of traditional power supply modules in industrial process control, this paper proposes a power conversion module that integrates highefficiency conversion, precise control, multiple protection and intelligent communication functions. This module consists of 12 core units, including a filter circuit and an active power factor correction circuit. It achieves stable output through the collaborative regulation of PWM closedloop control and MCU, and is equipped with multiple protection functions such as input overvoltage and undervoltage protection, output overvoltage and overcurrent protection, and overtemperature protection. Test results show that the conversion efficiency of this module reaches more than 89%, which is 5%~10% higher than that of traditional power supply modules. The output voltage accuracy is within ±3%, and both voltage regulation rate and load regulation rate are ≤1%, which is superior to similar products. Various performance indicators of this module meet the requirements of industrial automation control systems for highreliability power supplies. It can be widely applied to scenarios with strict requirements on power supply stability, such as PLC control and intelligent sensors, and has high practical value and promotion prospects.
Key words : power conversion module; PWM control; active power factor correction; protection mechanism; industrial automation

引言

工业自动化控制系统中,各类智能传感器的稳定运行高度依赖持续可靠的电源支持[1-4]。电源转换模块作为能源供给的核心部件,其性能直接决定了整个控制系统的安全性与可靠性[5-6]。例如,在精密生产线中,电源输出电压的1%波动可能导致传感器测量误差扩大至5%以上,引发设备误动作;而电源转换效率不足则会导致能源浪费,同时增加设备散热负担,缩短使用寿命。传统工业电源模块存在四大核心问题:一是转换效率瓶颈,由于未集成有源功率因数校正电路,功率因数常低于0.7,无功损耗占比较高,转换效率低,线性工业电源满载效率为40%~65%、传统单端反激式电源满载效率为60%~75%,同时模块自身发热严重,导致能源利用率低下[7-9];二是控制精度不足、输出稳定性差,多采用开环或单重闭环控制,无法根据负载变化调整开关频率或拓扑模式,输出电压受输入电压波动与负载变化影响显著,难以满足精密设备的供电需求[10-14];三是保护机制单一,多数仅具备简单的过流保护,缺乏过温、输入过压和欠压等多维防护,在复杂工业环境(如高温、电压波动频繁场景)中易发生故障;四是智能化缺失,缺乏状态监测与远程通信功能,运维人员需现场排查故障,增加了工业系统的停机时间。因此,研发具备高效、稳定、智能特性的电源转换模块对工业过程控制技术的升级具有重要意义。针对上述问题,本文设计的电源转换模块以“高效、稳定、可靠、智能”为目标,通过优化电路架构与控制策略,实现三大突破:一是将转换效率提升至85%以上;二是将输出电压精度控制在±3%以内;三是构建“监测—保护—通信”一体化系统,实现全状态可视化与远程运维。


本文详细内容请下载:

https://www.chinaaet.com/resource/share/2000006897


作者信息:

殷宇朝,王营营,刘泽华,霍毅,刘晖,赵斌卿

(中电智能科技有限公司,北京100083)


此内容为AET网站原创,未经授权禁止转载。