系統(tǒng)設(shè)計(jì)者和集成商依靠設(shè)計(jì)精良的線控 AC/DC 電源為應(yīng)用提供必要的電壓軌，且這些店員具備jing度、穩(wěn)定性和快速瞬態(tài)響應(yīng)等要素。許多系統(tǒng)要求 AC/DC 電源同時(shí)提供多個(gè)獨(dú)立的輸出電壓（軌）。這些電源還必須滿足多種監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)，包括電磁干擾 (EMI)、射頻干擾 (RFI)、效率和基本用戶安全。對(duì)于醫(yī)療應(yīng)用的設(shè)計(jì)者來說，還需滿足關(guān)于允許泄漏電流和多重患者保護(hù)措施 (MOPP) 的附加標(biāo)準(zhǔn)。

為了滿足這些應(yīng)用需求，多輸出電源能提供一系列預(yù)設(shè)的輸出電壓和電流。然而，由于需求經(jīng)常變化，擁有這些預(yù)設(shè)的多輸出 AC/DC 電源會(huì)使物料清單 (BOM) 和庫存管理復(fù)雜化。如果不同的產(chǎn)品需要不同的多輸出電源，就會(huì)限降低靈活性，尤其會(huì)影響小批量的特種很終產(chǎn)品。對(duì)設(shè)計(jì)人員來說，在很多情況下模塊化 AC/DC 方法是一種更好的選擇。

本文將探討這種方法在醫(yī)療、工業(yè)和測試應(yīng)用中的特點(diǎn)、優(yōu)勢，特別是在需要布局獨(dú)特或定制的地方。然后，本文將介紹 MEAN WELL Enterprises Co., Ltd. 的高性能 AC/DC 模塊化電源及其使用。

滿足多輸出要求的電源配置

一個(gè)系統(tǒng)需要多個(gè)直流電軌供內(nèi)部及其外部負(fù)載使用，這樣做再正常不過了。例如，以處理器為中心的邏輯和數(shù)字電路通常需要低電壓、個(gè)位數(shù)電源軌，而負(fù)載及其驅(qū)動(dòng)器通常需要更高的電壓或不同的額定電流。

在很多情況下，所需的 DC 輸出電壓及其很大額定電流的具體值并不是固定不變的，原因有二：

當(dāng)相同的基本設(shè)計(jì)用于不同的負(fù)載時(shí)，如小型電機(jī)、LED 陣列或醫(yī)療掃描系統(tǒng)與同類型的大型設(shè)備，其中一些電源軌的電壓和電流需要改變。

即使產(chǎn)品或產(chǎn)品系列有固定的直流輸出要求，公司的產(chǎn)品組合中往往有多個(gè)相關(guān)產(chǎn)品，每個(gè)產(chǎn)品都需要不同的電源安排。

為了滿足這些不同的需求，設(shè)計(jì)者有兩種選擇：

設(shè)計(jì)者可以使用獨(dú)立的多輸出電源，并在采購時(shí)考慮產(chǎn)品的每個(gè)版本所需的電源軌輸出電壓。使用這種不可配置電源會(huì)增加庫存管理和供應(yīng)鏈問題，并在預(yù)測、訂購、庫存和交貨時(shí)間方面造成相應(yīng)的低效率。

設(shè)計(jì)者可以混合使用單輸出 AC/DC 電源（模塊），以滿足每個(gè)產(chǎn)品版本的需求。這在一定程度上會(huì)簡化庫存和供應(yīng)鏈問題，但也可能增加設(shè)計(jì)導(dǎo)入和裝配難度。因?yàn)楦鞣N電源可能也有不同的占用面積、體積和安裝考慮。結(jié)果是，對(duì)于每個(gè)獨(dú)特的配置，可能需要重新安排完整的產(chǎn)品組件。

雖然這在“紙面上”看起來是一個(gè)小問題（圖 1），但實(shí)際效果可能是一個(gè)意想不到"連鎖反應(yīng)"結(jié)果。

圖 1：一個(gè)多輸出電源與多個(gè)單輸出電源在使用時(shí)的差異看起來不大，但對(duì)供應(yīng)鏈和生產(chǎn)過程的實(shí)際影響可能會(huì)很大。（圖片：Bill Schweber）

醫(yī)療應(yīng)用增加了額外要求

更好的選擇取決于具體情況，以及權(quán)衡、優(yōu)先考慮與設(shè)計(jì)目標(biāo)之間的平衡。然而，對(duì)于許多醫(yī)療應(yīng)用來說，涉及到與病人身體接觸和需要 AC/DC 電源供電的儀器時(shí)會(huì)有更多限制，并會(huì)影響到在所述兩種方案之間如何選擇。

在這方面有相應(yīng)的監(jiān)管要求，主要是 IEC 60601-1 標(biāo)準(zhǔn)；此外，還有其他標(biāo)準(zhǔn)用來約束更廣泛應(yīng)用中使用的用品，如 IEC 62368-1 用于信息和計(jì)算機(jī)技術(shù)（包括消費(fèi)產(chǎn)品），該標(biāo)準(zhǔn)于 2020 年 12 月完全取代了現(xiàn)有的 IEC 60950-1 和 IEC 60065 標(biāo)準(zhǔn)。

選擇電源時(shí)，設(shè)計(jì)者需要同時(shí)考慮設(shè)計(jì)要求和監(jiān)管法規(guī)。例如漏電流問題，漏電流是指通過保護(hù)接地導(dǎo)體流向大地的電流。在沒有良好的接地并且在標(biāo)準(zhǔn)中假定這種連接可能會(huì)缺失的情況下，如果存在諸如人體等導(dǎo)電路徑，則從任何導(dǎo)電部分或非導(dǎo)電部分的表面流向大地的電流才有可能造成生命危險(xiǎn)。

對(duì)于醫(yī)療應(yīng)用來說，很大允許漏電流要比其他一般應(yīng)用要小得多。因?yàn)檫@種電流如果流經(jīng)人體特別是胸部時(shí)，即使是小于毫安級(jí)的極低電流也會(huì)引起心臟驟停。該電流在“正常”工作環(huán)境下為零或接近零，但在標(biāo)準(zhǔn)中會(huì)假定可能發(fā)生故障，從而會(huì)導(dǎo)致電流流經(jīng)人體。

有兩種方法能夠滿足多個(gè) AC/DC 電源軌需求，但上述情況會(huì)如何影響這兩種方法的選擇呢？雖然在某些情況下，第二種選擇看起來很有吸引力，但由于監(jiān)管規(guī)定，這里還存在著一個(gè)微妙而重要的技術(shù)問題需要考慮。監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)衡量的是整個(gè)終端產(chǎn)品的漏電流，而不是單個(gè)組成部件。因此，雖然一個(gè)多輸出電源的漏電流可能低于很大允許值（圖 2），但多個(gè)單輸出電源的漏電流之和可能會(huì)超過該限值，即使每個(gè)單輸出電源的漏電流都低于該限值（圖 3）。

圖 2：提供多 DC 輸出的很常見方法是使用一個(gè)具有預(yù)設(shè)輸出電壓和規(guī)定很大泄漏電流的多輸出 AC/DC 電源。（圖片：MEAN WELL）

圖 3：另一種選擇是通過使用多個(gè)單輸出 AC/DC 電源來提供多個(gè) DC 輸出，但這樣會(huì)增大泄漏電流，可能會(huì)超過允許的限值。（圖片：MEAN WELL）

其次，在很多醫(yī)療系統(tǒng)中都有一個(gè)獨(dú)特的要求，即必須有兩個(gè) MOPP 而不是單個(gè) MOPP；這是一個(gè)額外要求，目的是在一個(gè) MOPP 失效的情況下為防止病人受傷害而提供的又一重保障。對(duì)操作人員保護(hù)措施 (MOOP) 也有相應(yīng)的要求。

雖然在產(chǎn)品電源子系統(tǒng)以外的電路中實(shí)現(xiàn) MOPP 的方法有很多種，但常見的是在產(chǎn)品電源子系統(tǒng)內(nèi)通過隔離變壓器來實(shí)現(xiàn)（符合醫(yī)療專用監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)的變壓器被認(rèn)為是 MOPP）。變壓器二次側(cè)無接地回路加上其他規(guī)定提供了一個(gè) MOPP，而一個(gè)側(cè)/二次側(cè)形成的隔離則是第二個(gè) MOPP（圖 4）。

圖 4：隔離變壓器及一個(gè)和二次繞組對(duì)在 AC 操作電源中提供 MOPP。（圖片：MEAN WELL）

此外，規(guī)定效率要求的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)給設(shè)計(jì)者帶來挑戰(zhàn)。與漏電流一樣，這些標(biāo)準(zhǔn)關(guān)注的是在規(guī)定工作條件和功率水平下的系統(tǒng)總效率。即使多軌系統(tǒng)中的單個(gè)電源符合效率標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)管部門也是基于系統(tǒng)總效率進(jìn)行審批的，而不是單獨(dú)評(píng)估單個(gè)電源。

采取模塊化供電方式

迄今為止有兩種多電源軌方案可選：一種是使用具有預(yù)設(shè)固定輸出的多輸出 AC/DC 電源，但靈活性有限；第二種是使用一組不同的單輸出 AC/DC 電源，可根據(jù)需要進(jìn)行組合。

但還有另外選擇：MEAN WELL 已經(jīng)開發(fā)出一種結(jié)合了輸出配置靈活性的模塊化 AC/DC 架構(gòu)，同時(shí)超過了所有相關(guān)的監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)，包括醫(yī)療標(biāo)準(zhǔn)。MEAN WELL 系統(tǒng)由一個(gè)模塊化機(jī)箱組成，機(jī)箱內(nèi)包括可添加的、用戶可選擇的 DC 輸出模塊。

這款機(jī)箱提供兩種容量選擇：NMP650-CEKK-03 是一款四通道（槽式）對(duì)流冷卻機(jī)箱，額定功率為 650 W；NMP1K2 是一款六通道強(qiáng)制（風(fēng)扇）冷卻機(jī)箱，額定功率為 1200 W。這兩款機(jī)箱均采用 1U 超薄機(jī)械設(shè)計(jì)，以適應(yīng)狹小的空間（1U 等于 1.75 in/44.45 mm 機(jī)架高度）。

MEAN WELL 系統(tǒng)由一個(gè)帶有 4 個(gè)或 6 個(gè)通道的模塊化機(jī)箱以及一系列獨(dú)立的插入式 DC 輸出模塊組成。如圖所示，NMP1K2 的外蓋被取下（上圖）和未取下（下圖）。（圖片：MEAN WELL）

這款機(jī)箱包含一個(gè) AC 線路隔離變壓器和前端電源轉(zhuǎn)換/穩(wěn)壓電路（圖 6）。對(duì)于 NMP1K2 來說，通過其內(nèi)部溫度檢測功能自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，使機(jī)箱發(fā)熱始終在很高限值以下，同時(shí)很大限度地降低能耗和聲噪。NMP 系列符合 IEC 60601-1 標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)療安全認(rèn)可要求（一個(gè)側(cè)對(duì)二次側(cè)：2 個(gè) MOPP；一個(gè)側(cè)對(duì)地：1 個(gè) MOPP），以及信息技術(shù) (IT) 行業(yè)法規(guī)范 IEC 62368-1。該系列還符合相關(guān)的電磁兼容性 (EMC) 排放和抗擾度要求，包括那些（但不限于）EN61000 標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

圖 6：NMP 機(jī)箱提供了必要的 AC 線路變壓器以及電源轉(zhuǎn)換的第yi級(jí)和控制電路。（圖片：MEAN WELL）

任何一個(gè)機(jī)箱的通道（插槽）都安裝了具有所需輸出額定值的 DC 輸出模塊，如 NMS-240-5，這是一款 5 V（標(biāo)稱）/36 A 的裝置（圖 7 和圖 8）。單輸出模塊系列中的其他型號(hào)提供 12 V/20 A、24 V/10 A 和 48 V/5 A 輸出。

適合 NMP650 和 NMP1K2 機(jī)箱的 NMS-240-5 模塊在高達(dá) 36 A 的情況下提供 5 V 電壓（標(biāo)稱值）。

5 V/36 A NMS-240-5 模塊可滑入 NMP650 和 NMP1K2 機(jī)箱的插槽中。

對(duì)于需要從一個(gè)滑入式模塊獲得雙 DC 輸出的應(yīng)用，MEAN WELL 推出 NMD-240，這是一款 3 V 至 30 V/5 A 雙輸出模塊（圖 9）。

NMD-240 是一款單槽雙輸出模塊，其兩個(gè)通道均可在高達(dá) 5 A 的電流下提供高達(dá) 30 V 的電壓。（圖片：MEAN WELL）

附加功能增強(qiáng)了多功能性

一個(gè)電源的性能是由其主要參數(shù)規(guī)格實(shí)現(xiàn)特征化的，如輸出電壓jing度、瞬態(tài)和過載響應(yīng)、溫度穩(wěn)定性、電源調(diào)整率、負(fù)載調(diào)節(jié)等。不過，也有一些功能可以增加電源的實(shí)用性，以提高用戶對(duì)產(chǎn)品的信心。對(duì)于 MEAN WELL NMP650 和 NMP1K2 機(jī)箱及其插件模塊，這些額外功能包括：

保護(hù)功能：短路、過載、過壓和過熱保護(hù)都已內(nèi)置在所有輸出模塊中，后者通過 TTL 級(jí)信號(hào)輸出顯示，很大源電流為 10 mA。

輔助電源輸出：NMP650 機(jī)箱提供 5 V/1.5 A 輸出，而 NMP1K2 則提供 5 V/10 A 輸出，適用于那些使用全尺寸模塊時(shí)會(huì)出現(xiàn)過能過剩但又需要支持多功能的情形。

還有一個(gè)功能就是解決與多輸出電源的相關(guān)問題。在某些情況下，用戶需要對(duì)整個(gè)機(jī)箱和所有的輸出進(jìn)行統(tǒng)一的“開/關(guān)”控制，但也有一些測試甚至是操作情況需要對(duì)輸出進(jìn)行單獨(dú)控制，從而能獨(dú)立“開/關(guān)”每個(gè)輸出軌。NMP 機(jī)箱具有全局“開/關(guān)”控制功能，同時(shí)每個(gè)直流輸出模塊也可以通過遠(yuǎn)程信號(hào)以及本地開關(guān)單獨(dú)“開/關(guān)”。

很后，就是模塊的電流和電壓可編程性。使用外部 0 - 1 V DC 信號(hào)，每個(gè)模塊的輸出電壓可在其標(biāo)稱值的 50% - 100% 的范圍進(jìn)行編程，輸出電流編程范圍為 40% - 100%。

結(jié)語

多輸出 AC/DC 電源的選擇涉及性能、功能、特點(diǎn)、采購和法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)等方面的考慮。MEAN WELL NMP 機(jī)箱提供了多種插入式輸出卡選擇，不僅為設(shè)計(jì)者提供了靈活的輸出配置，也能方便快速地滿足不同很終用戶的需求。