西门子电源模块6ES7307-1KA02-0AA0
在SIMATIC S7-300设计中已被现场验证的电源，配备PS-CPU接线梳以及卡装到S7导轨上
西门子电源模块6ES7307-1KA02-0AA0
德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400等。 西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性高。S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等
上海翰粤自动化系统有限公司
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在SIMATIC S7-300设计中已被现场验证的电源，配备PS-CPU接线梳以及卡装到S7导轨上。
西门子电源模块6ES7307-1KA02-0AA0Technical Specifications
电源，类型 | 2 A |
|---|---|
订货号 | 6ES7 307-1BA01-0AA0 |
输入 | 单相交流电源 |
额定电压 V额定输入 | 120/230 V AC |
电压范围 | 85 ... 132 V/170 ... 264 V |
过压强度 | 2.3 x U输入 额定, 1.3 ms |
电源缓冲，Iout rated 时 | > 20 ms，Uin = 93/187 V 时 |
额定电源频率，范围 | 50/60 Hz, 47 ...63 Hz |
额定电流 Iin rated | 0.9/0.5 A |
接通电流限制 (+25°C) | < 22 A, < 3 ms |
I2t | < 1.0 A2s |
集成输入熔断器 | T 1.6 A/250 V（不可触及） |
在电源电缆中*使用小型断路器 (IEC 898) | 3 A，特性曲线 C |
输出 | 可控，隔离直流电压 |
额定电压 Vout rated | 24 V DC |
总公差 | ±3% |
| 约 0.1% |
| 约 0.2% |
残余纹波 | < 50 mVpp (typ.< 5 mVpp) |
尖峰信号（带宽：20 MHz） | < 150 mVpp （典型值< 20 mVpp) |
调节范围 | - |
状态指示器 | 24 V绿灯亮，正常 |
开关动作 | Uout无过冲 (软起动) |
开启延时/ | < 2 s/ 典型值10 ms |
额定电流 Iout rated | 2 A |
电流范围 | |
| 0 ... 2 A |
| - |
动态过电流 | |
| 典型值9 A，90 ms 时 |
| 典型值9 A，90 ms 时 |
并联增加功率 | √ |
效率 | |
效率，当 Vout rated, Iout rated 时 | 约 84% |
功率损耗，当 Vout rated, Iout rated时 | 约 9 W |
闭环控制 | |
动态线路补偿 (Vin rated ±15%) | 典型值±0.1% U输出 |
动态负载补偿（Iout： 50/100/50%) | 典型值±0.8% U输出 |
负载阶跃调节时间 | |
| < 1 ms (典型值0.5 ms) |
| < 1 ms (典型值0.5 ms) |
保护和监控 | |
输出过电压保护 | 附加控制回路，< 28.8 V 时关断，自动重新起动 |
电流限值 | 2.2 ... 2.6 A |
短路保护 | 电子停机，自动重启 |
连续短路 RMS 电流 | < 2 A |
过载/短路指示 | - |
安全 | |
主/次隔离 | √，安全特低输出电压 Uout，符合 EN 60950-1 和 EN 50178 |
保护类别 | Class I |
漏电电流 | < 3.5 mA（典型值0.5 mA) |
安全性测试 | √ |
CE 标识 | √ |
UL/cUL (CSA) 认证 | cULus-listed (UL 508，CSA C22.2 No. 142)，File E143289 |
防爆保护 | ATEX EX II 3G Ex nA II T4; |
FM 认证 | Class I Div. 2 组 A, B, C, D T4 |
船级社认证 | 在S7-300系统内 |
防护等级 (EN 60529) | IP20 |
EMC | |
辐射干扰 | EN 55022 Class B |
供电谐波限制 | 不适用 |
抗扰度 | EN 61000-6-2 |
运行数据 | |
环境温度范围 | 0 至 +60℃，自然对流 |
运输和存储温度 | ?40 ... +85°C |
湿度等级 | 气候等级为 3K3，符合 EN 60721 规范，无冷凝 |
机械机构 | |
连接 | |
| 每个螺钉型端子，用于 0.5 -2.5 mm 2 实心线/ 细绞线 |
| 有2个螺钉型接线端子，适用于 0.5 - 2.5 mm2 |
| 有2个螺钉型接线端子，适用于 0.5 - 2.5 mm2 |
外形尺寸（宽 x 高 x 深），[mm] | 40 x 125 x 120 |
重量，约 | 0.4 kg |
安装 | 可安装在 S7 导轨上 |
附件 | 用于标准安装导轨的安装适配器 (6EP1 971-1BA00) |
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源模块技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,*完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进入了电子、电器设备领域。
计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源模块。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的外围设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目 前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。
开关电源模块
通信业的迅速发展*的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。当前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。
因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。
变换器
DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源), 同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,当前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。
UPS
不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。
现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。
目前在线式UPS的zui大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。
变频器电源
变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器, 将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司zui先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成高潮。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。
焊机电源模块
高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。
逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合, 整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。
由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为zui关键的问题,也是用户zui关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了当前大功率IGBT逆变电源可靠性。
国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。
直流电源模块
大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、科研X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。
自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。
国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,zui后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。
滤波器
传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。
电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流; (2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。
供电系统
分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。
八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。
分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的zui为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。
设计方法
电源的电磁干扰水平是设计中zui难的部分，设计人员能做的zui多就是在设计中进行充分考虑，尤其在布局时。由于直流到直流的转换器很常用，所以硬件工程师或多或少都会接触到相关的工作，本文中我们将考虑与低电磁干扰设计相关的两种常见的折中方案[1] 。
电源设计中即使是普通的直流到直流开关转换器的设计都会出现一系列问题，尤其在高功率电源设计中更是如此。除功能性考虑以外，工程师必须保证设计的鲁棒性，以符合成本目标要求以及热性能和空间限制，当然同时还要保证设计的进度。另外，出于产品规范和系统性能的考虑，电源产生的电磁干扰(EMI)必须足够低。不过，电源的电磁干扰水平却是设计中zui难精确预计的项目。有些人甚至认为这简直是不可能的，设计人员能做的zui多就是在设计中进行充分考虑，尤其在布局时。
尽管本文所讨论的原理适用于广泛的电源设计，但我们在此只关注直流到直流的转换器，因为它的应用相当广泛，几乎每一位硬件工程师都会接触到与它相关的工作，说不定什么时候就必须设计一个电源转换器。本文中我们将考虑与低电磁干扰设计相关的两种常见的折中方案;热性能、电磁干扰以及与PCB布局和电磁干扰相关的方案尺寸等。文中我们将使用一个简单的降压转换器做例子，如图1所示。
