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關(guān)鍵詞：
直流源
AC電源
開(kāi)關(guān)電源
- 摘要：在過(guò)去的二十年中，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)作為為服務(wù)器、筆記本電腦、照明設(shè)備、機(jī)械設(shè)備、工業(yè)設(shè)備以及建筑自動(dòng)化系統(tǒng)等提供電能的重要技術(shù)，已日趨成熟。開(kāi)關(guān)電源似乎可以應(yīng)對(duì)現(xiàn)存的一切交流電壓。而在某些情況下，電源的供給是直流電而非交流電。對(duì)此，有些人認(rèn)為沒(méi)問(wèn)題，也有人認(rèn)為這是個(gè)敏感問(wèn)題。
關(guān)于使用直流源的AC電源的安全問(wèn)題
在過(guò)去的二十年中，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)作為為服務(wù)器、筆記本電腦、照明設(shè)備、機(jī)械設(shè)備、工業(yè)設(shè)備以及建筑自動(dòng)化系統(tǒng)等提供電能的重要技術(shù)，已日趨成熟。開(kāi)關(guān)電源似乎可以應(yīng)對(duì)現(xiàn)存的一切交流電壓。而在某些情況下，電源的供給是直流電而非交流電。對(duì)此，有些人認(rèn)為沒(méi)問(wèn)題，也有人認(rèn)為這是個(gè)敏感問(wèn)題。
圖1: 以直流電供給AC電源。PULS普爾世DC/DC轉(zhuǎn)換器和帶DC輸入版本電源產(chǎn)品可以應(yīng)對(duì)高能直流電輸入，即使是在電路發(fā)生故障的情況下。
從工業(yè)領(lǐng)域到建筑工程，簡(jiǎn)單易用的開(kāi)關(guān)模式電源非常常見(jiàn)。直流電壓隨后被緩沖至電池，成為隨時(shí)可用的安全電力供給。事實(shí)如此簡(jiǎn)單嗎？
工頻電源工作總是離不開(kāi)變壓器。輸出的直流電，不管是調(diào)節(jié)的還是未調(diào)節(jié)的，都是首先在次級(jí)產(chǎn)生的。相比之下，開(kāi)關(guān)電源是首先在初級(jí)進(jìn)行整流，然后產(chǎn)生的直流電壓被分割為高頻，并通過(guò)一個(gè)小的高頻變壓器被傳送到次級(jí)（圖2）。開(kāi)關(guān)電源允許寬范圍的輸入，還允許負(fù)載電流在0-100%的額定范圍內(nèi)連續(xù)工作。
濾波器的開(kāi)關(guān)電源原理圖" border="0" height="255" hspace="0" vspace="0" width="500">
圖2: 無(wú)輸入濾波器的開(kāi)關(guān)電源原理圖
在思考開(kāi)關(guān)電源的輸入電路原理時(shí)，首先注意到的就是整流器。如果輸入不是交流電，而是直流電，將會(huì)發(fā)生什么？假設(shè)所有模塊都能“準(zhǔn)確”運(yùn)行，那么幾乎所有開(kāi)關(guān)電源都可以直流電或者交流電輸入。然而，當(dāng)發(fā)生故障，一臺(tái)不適用于直流電輸入的開(kāi)關(guān)電源，很有可能導(dǎo)致火災(zāi)，因?yàn)樘幚砀邏褐绷麟姳绕鹛幚斫涣麟娨ｋU(xiǎn)得多。
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直流源電壓
為什么實(shí)際為交流輸入電壓設(shè)計(jì)的電源要被用在直流源環(huán)境下？舉例來(lái)說(shuō)，存在以下應(yīng)用場(chǎng)景：
1.當(dāng)使用多個(gè)變頻器(FC)或者伺服放大器，一個(gè)整流器要通過(guò)中間直流總線為多個(gè)變頻器提供范圍在360-900VDC的直流電。中間直流總線電壓能給開(kāi)關(guān)電源供電，這將帶來(lái)一個(gè)極大的優(yōu)勢(shì)（圖3）：當(dāng)電網(wǎng)供電發(fā)生故障，設(shè)備和機(jī)器都會(huì)馬上進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)。這時(shí)電機(jī)可作為發(fā)電機(jī)工作，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)逆變器向中間直流總線供電，并且保證在沒(méi)有電網(wǎng)及UPS供電的情況下使電源和控制器安全有序地進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)。
2.當(dāng)使用了冗余電源系統(tǒng)時(shí)，其中一臺(tái)電源由高壓電網(wǎng)供電，另一臺(tái)由電池供電（圖4），這兩臺(tái)電源并聯(lián)連接，不間斷地向負(fù)載供電。
3.始終由220VDC電池或其它直流源供電的系統(tǒng)。
圖3: 無(wú)輸入濾波器的開(kāi)關(guān)電源原理圖
總線供電的" border="0" height="200" hspace="0" vspace="0" width="500">
圖4: 有中間電路電壓的變頻器系統(tǒng)，但是更多的逆變器和電源是由中間直流總線供電的。
在上述的所有情況下，直流源都能夠提供大電流。一旦發(fā)生故障，必須安全切斷短路電流或過(guò)載電流。而在交流電情況下能夠完全適用的由石英砂構(gòu)成的熔斷保險(xiǎn)絲，換在直流電壓環(huán)境下，可能遇到重大的挑戰(zhàn)。
問(wèn)題在哪里？
重申：“通常情況”不是問(wèn)題。但是仔細(xì)規(guī)劃不放過(guò)任一可能性的技術(shù)人員眼中總能發(fā)現(xiàn)例外情況。這不代表對(duì)“通常情況”的保險(xiǎn)，而是“意外險(xiǎn)”。一臺(tái)設(shè)定為交流電輸入的電源，在通常情況下也能接直流電輸入工作。但問(wèn)題是，能保證不發(fā)生意外嗎？大多數(shù)開(kāi)關(guān)電源生產(chǎn)商都無(wú)法對(duì)此做出承諾。
在變頻器中間直流總線下工作：
變頻器的中間直流總線是由邊緣陡峭的相對(duì)于保護(hù)地的高交流電壓（共模電壓）疊加而成的。接此類輸入直流電的電源必須能夠處理這種干擾，通常需要內(nèi)置一個(gè)特殊濾波器。
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熔斷保險(xiǎn)絲：
作為在發(fā)生故障時(shí)的最后的安全保障，電源中需要內(nèi)置熔斷保險(xiǎn)絲。那么問(wèn)題來(lái)了：電源所使用的這種類型的熔斷保險(xiǎn)絲是否能夠在高直流電壓下切斷短路電流或者過(guò)載電流？首先，似乎短路情況下就存在問(wèn)題，雖然不是必然的。例如，通過(guò)熔絲上的電流達(dá)額定電流的3倍。在這種類型的故障下，不適用于直流電的熔絲不能被可靠熔斷，而由此產(chǎn)生的熱量很可能引起火災(zāi)（圖5）。
圖5: 上圖：昂貴的熔斷保險(xiǎn)絲，即使在最惡劣的情況下仍然能夠保護(hù)開(kāi)關(guān)電源
下圖：只有交流認(rèn)證的輸入保險(xiǎn)絲，在高直流電壓輸入時(shí)自燃
有趣的事實(shí)還在于，對(duì)于直流電壓來(lái)說(shuō)，電流越大，保險(xiǎn)絲的熔斷表現(xiàn)就越關(guān)鍵。普通的集成式保險(xiǎn)絲只能用在不超過(guò)4A額定的交/直流輸入環(huán)境下。若電流更大，150VDC以上的直流運(yùn)行是不允許的。輸入為230VAC時(shí)，整流后的電壓已在320VDC左右，三相應(yīng)用的變頻器中間電路電壓在360至900VDC之間，具體取決于源電壓。
該問(wèn)題已被重視。在當(dāng)前的UL安規(guī)文檔（實(shí)際應(yīng)用指導(dǎo)手冊(cè)）中已經(jīng)精確描述了能夠使用DC電壓輸入的電源的定義。其所使用的熔斷保險(xiǎn)絲必須能夠及時(shí)熔斷短路電流和過(guò)載電流，否則電源所處的環(huán)境就會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的高溫。
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視頻：當(dāng)不恰當(dāng)?shù)腁C保險(xiǎn)絲工作在超過(guò)300VDC, 15A電路環(huán)境下，將會(huì)發(fā)生什么？
PULS普爾世可靠的解決方案
一臺(tái)適用于高壓直流電輸入的電源必須滿足以下兩點(diǎn)：
配備合適的輸入濾波器，能夠過(guò)濾對(duì)地的高共模電壓；
安裝的熔斷保險(xiǎn)絲必須具備UL和IEC安規(guī)認(rèn)證.
在15W到480W功率級(jí)別范圍內(nèi)，PULS普爾世可提供豐富的電源產(chǎn)品，這其中也包括經(jīng)驗(yàn)證的允許直流輸入的可靠電源產(chǎn)品。這些電源無(wú)論是在電氣間隙及爬電距離的設(shè)計(jì)方面，還是在直流操作時(shí)的輸入保險(xiǎn)絲選擇方面，均獲得了許可。
為了接入三相逆變器的中間直流總線電壓，電源需要的輸入電壓最大為900VDC。普爾世QS系列電源不再適用。能夠勝任的是普爾世概念型電源產(chǎn)品——DC/DC轉(zhuǎn)換器QTD20.241，它所配備的輸入級(jí)別大大增強(qiáng)了（圖6）。QTD20.241是標(biāo)準(zhǔn)電源QT20.241的修改版，它允許的直流輸入電壓范圍是360-900VDC。
圖6: 概念型 QTD20.241, 尤其適用于變頻器中間電路電壓范圍為360-900VDC的電源供應(yīng)
結(jié)論
PULS普爾世提供一系列豐富的產(chǎn)品組合，其中包括安全的DC/DC轉(zhuǎn)換器，功率級(jí)別涵蓋15W到480W，并且在這個(gè)方面非常嚴(yán)謹(jǐn)。因?yàn)槿说纳驮O(shè)備的安全應(yīng)當(dāng)永遠(yuǎn)被放在第一位。所以在電源中，合適的安全保護(hù)措施始終扮演著關(guān)鍵的角色。然而甚至一些信譽(yù)良好的公司有時(shí)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品也不能完全承受標(biāo)準(zhǔn)的壓力測(cè)試。普爾世電源通過(guò)了獨(dú)立檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的安規(guī)認(rèn)證，即使是在做用戶系統(tǒng)的整體安規(guī)認(rèn)證時(shí)也不會(huì)發(fā)生任何不愉快的意外。
