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IO产品电源设计

V1.0

目录

TOC\o1-3\h\z\u一、 E-bus、K-bus电源设计 2

二、 Us电源设计 2

1. Us电量计算原则 2

2. Us电路保护 4

三、 Up电源设计 4

1. Up电量计算原则 4

2. 保险丝的选择 4

3. 电源隔离与独立 5

四、 特殊模块供电配套端子 5

1. 电容模块 6

2. 防浪涌模块 6

五、 EtherCATP线缆长度计算方法 6

1. EtherCATP线缆分类 6

1） 24V线缆 6

2） 高压线缆 8

2. 基本计算原则 9

1） 影响压降的两个因素 9

2） 24V线缆计算举例 10

3. TwinCAT计算工具 11

叶儒峥

2017/11/22

E-bus、K-bus电源设计

这两个参数是最常见的电流参数，分别供给EL系列和KL系列的系统电源，即通讯电源。如果此处电量不足时会导致通讯断开，规划网络时的基本规则就是注意电流限制。

以EK1100为例，可以提供5V/2A的E-bus电流，EL1008要消耗90mA。那么理论上可以为连续的22个EL1008提供E-bus电流，实际上在20个EL1008之后就再增加一块EL9410为好。注意每个模块的Ebus耗电量是不一样的，比如EL2008的耗电量为110mA，在TwinCAT上可以看到模块的具体耗电情况，如下截图所示：

图1

对于K-bus耦合器来说，也有类似的电流限制，以BK1120为例，提供1750mA电流。但是在TwinCAT中并不如E-bus一样直接显示剩余电量，所以在布置拓扑时需要手动计算具体模块的耗电量。

Us电源设计

Us电量计算原则

Us是EtherCAT系统电源，所有使用MII接口的EtherCAT模块都需要24V系统供电（在Ebus上表现为5V）才能正常工作。此电源的供电模块有两类：CX工控机的电源模块和独立的耦合器模块。

耦合器模块，以EK1100为例，其Us供电实际上经由内部的变压器转换成了5V/2A的E-Bus供给后续的EL模块，所以其拓扑设计原则与E-bus一致，只需要考虑2A的电流消耗即可。

对于EPC的电源模块，以CX2100为例，需要为CX2000系列控制器提供Us，同时需要给后面的EL模块提供E-Bus，所以这一系列模块的电源设计需要考虑到满足这两路的功率消耗。具体案例如下：

图2

CX2100-0004提供的最大功率为45W，其本身的功耗为3.5W，而CX2020的最大功耗为15W，再考虑到E-Bus最大功耗为5V*2A=10W。所以总功耗为10W+3.5W+15W=28.5W，小于45W，则可以选用这款电源。如果我们将控制器换成CX2040，可以看到它的功耗为42W，总功耗超出45W，所以需要更换更大功率的电源模块。

图3

图4

Us电路保护

为防止短路或者其他原因导致的电流过大烧毁电路，我们需要在供电线路上加装保险丝以保护模块。还是以CX2100-0004为例，当使用此模块作为CX2020的电源时，总的Us输入功率为28.5W（计算过程见前文）。根据Us电压24V进行计算，则正常的输入电流约为1.18A，我们只需在Us的输入线路上安装一个1.2A的保险丝即可。

需要注意24V和0V的线路上都需要安装保险丝。

Up电源设计

Up电量计算原则

Up是供给外围执行期间的电源，对于EK1100和CX2100来说，能提供的Up为10A。以EL2008为例，每个EL2008通道的输出电流为0.5A，最大能输出4A电流，实际的电流还是由负载的需求所决定。假设负载都是电磁阀，电磁阀的额定电流为50mA，启动电流为150mA，阀门同时启动。那么每个EL2008需要输出的最大电流为1.2A。此种条件下，理论上一个EK1100或者CX2100最多能挂8个EL2008。

保险丝的选择

为了保护Up，我们需要在电路中加入保险丝。有两种选择：直接选用带保险丝的电源模块如EL9200或者在Up电路两端外接保险丝。

对于EL9200来说，这个电源模块内置6.3A的保险丝，所以对外最大能够提供6.3A的电流。

如果选择外接保险丝，选择原则是在电流基础上乘以1.1，如实际电流为2.7A，则选择2.7*1.1=2.97A，则选择3A的保险丝即可。0V与PE务必短接。

图5

电源隔离与独立

很多客户不理解电源隔离的重要性，经常在Us和Up上使用同一个电源，这是非常不正确的一种使用方法。

对于EtherCAT模块来说，Us的输入范围在20.4~28V之间，超出这个范围的电压会导致各种通讯问题。由于Up需