遠端控制應用於工業自動化

隨著工業自動化趨勢加快，轉換器不只要求高轉換效率且符合安全規範，也需要更多控制應用。因此在產品開發階段時透過技術上的突破，才能達到智慧製造的效益。本文闡述遠端控制技術的控制架構，以及介紹規格書定義的控制電位，最後實作轉換器接外接線路來智慧控制與省電功能。

 

緒論

智慧產線在製造過程中提供儀器的遠端監控或測試等功能，例如製造過程的測試階段中，透過微控制器喚醒特定設備工作，當運作結束後，微控制器完全地關閉設備；或者對於24小時連續開機的重要設備，一旦發生重大意外，也可以立即關閉設備運轉。

電源轉換器中微控制器(MCU)再搭配感測器來達到智慧型監控管理，例如冷氣的定時關機、街燈的感應開啟、收銀機的自動結算等管理功能。

 

若遠端控制功能可以快速處理問題並即時滿足使用者需求，以達到節能效益。因此良好的電力能源管理，可以增加各產業的生產效率、減少成本，更可以避免無預警跳電或重要設備停機的重大問題。以下將逐步介紹遠端控制功能與各種電路實現方式。

 

遠端控制功能

對於節省功率消耗或是需要時序控制的使用者，必須選擇遠端控制功能的電源轉換器，如圖2

常見的遠端控制架構可分為正邏輯與負邏輯。正邏輯表示控制訊號為高電壓準位，則轉換器正常運行。負邏輯表示控制訊號為低電壓準位，則轉換器正常運行。不論正或負邏輯控制，一旦轉換器停止運轉處於待機狀態時，待機消耗功率遠小於正常運轉的消耗功率。實際系統運作上，透過MCU遠端控制電源轉換器的工作時序，關閉多餘的高耗能線路但僅留必需功能，如此一來簡單地實現節能減碳。

使用者依照不同需求來決定開關轉換器的方式，遠端控制功能的外接建議線路可以分成兩種，其中一種是短路/斷路控制訊號；另一種是外部驅動控制訊號。

表1為產品規格書內節錄的遠端控制的邏輯與操作範圍。當轉換器控制接腳開路或者於電壓位準3.5~15Vdc時，轉換器正常運作；當控制接腳短路或者於電壓位準0~1.2Vdc時，轉換器即關閉。

表1 .遠端控制電位規格

Parameter	Condition	Min.	Typ.	Max.	Unit
Remote ON/OFF	DC-DC ON	Open or 3.5~15VDC
	DC-DC OFF	Short or 0~1.2VDC
	Input current (remote off mode)	2			mA

常見可分成兩種控制方式，其中之一控制方式是外力按壓按鈕開關，強制地將控制接腳斷路或短路至地，如圖3。

或者是數位輸入控制訊號來開啟或關閉MOSFET，如圖4。當控制訊號為大於MOS門限電壓時，控制腳位短路拉至地，則轉換器關閉；反之控制訊號小於MOS門限電壓時，控制腳位斷路，則轉換器開啟。

 

另一種方式是利用外部參考電壓來控制遠端開關，以圖5規格為例，當外部參考電壓大於規格書建議值時，CTRL 腳電位為高，轉換器正常運作。當外部參考電壓小於規格書建議值時，CTRL 腳電位為低，轉換器關閉。

根據產品規格書內遠端控制的輸入電壓和輸入驅動電流操作範圍來選擇參考電壓(Vref)的數值，實際使用時建議串聯一顆順向二極體，避免 CTRL 受到外部雜訊干擾導致誤動作。舉例來說，轉換器遠端控制電壓範圍3.5V<VCTRL<15V，則參考電壓減去二極體順向偏壓的數值，必須落在此電壓範圍內。

 

實驗

透過控制訊號來開關轉換器，以分別量測運轉模式與待機模式的輸出電壓波形與輸入電流。轉換器為一寬輸入電壓範圍從18到75V輸入，24V輸出穩壓轉換器，輸出功率15W，並且有遠端控制功能，規格如表2所示。

表 2 轉換器規格

DC to DC Converter	15W, 1" x 1" Package
Input Voltage	48 Vdc
Output voltage/current	24 Vdc / 0.625A
Ripple & noise	100mVp-p (max)
Operation Temperature	-40~100°C

此正邏輯轉換器工作敘述如下，選擇控制腳位電位在 3.5~15Vdc 或者是開路時，轉換器正常運作。當控制引腳電位在0~1.2Vdc或者是短路時，轉換器關閉。選擇圖4的實際接線方式，選擇電路元件需注意許多事項，例如濾波電容需選擇低等效串聯阻抗、N-MOSFET開關需考慮低閘極門限電壓與高驅動電流。

下圖6為實際量測的訊號，包含轉換器輸入電壓、輸出電壓，以及輸入電流訊號。當外部訊號為低時，N-MOSFET截止， CTRL 腳電位提升到 5Vdc，轉換器正常輸出。反之，當外部控制訊號為高時，N-MOSFET導通，將 CTRL 腳電位降至 0Vdc，轉換器無輸出，輸入靜態電流僅需小於1mA遠小於正常運作的負載電流，使得系統大幅度省電。

 

 

結論

選擇有遠端控制的轉換器搭配控制線路，使系統電路得到低功率消耗與時序控制是可行的。使用上需要特別注意，控制接腳電位是否合乎規格書內遠端控制的邏輯與操作範圍，若與規定電壓範圍不同會造成轉換器異常開關。

 

 

 

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