變頻器中間直流總線供電的開關電源解析

帶有360-900V直流輸入、可以筆直由變頻器中間直流總線供電，這樣的電源聽起來非常令人心動。但是這樣的電源卻有著特別的設計要求。

用于控制系統和其它使用的電源傳統上都是筆直由單相或三相電網供電的。然而，由于越來越多的變頻器以及伺服電機放大器的使用，新的供電可能出現了：由變頻器的中間直流總線供電。這種供電的優勢在于，可以利用運轉的電機中儲存的、“免費”的動能來為控制系統供電。如果這種可能成為實際，將大大提高電源相對電網波動的穩健性，而不必使用需要常常性維護的蓄電池緩沖系統。

為了理解這種使用，可以以吊車為例：當吊車剛剛向上吊起貨物時，如果供電電網猛然中斷，會發生什么呢?通常，控制系統非得備有蓄電池緩沖，從而使被吊起的貨物能夠被安全地降下來。而如果控制系統由中間直流總線供電，則吊車的電機在貨物被降下時會起到發電機的作用，保持住中間直流總線以及控制系統上的電壓。通過這種對執行器和控制系統的強制同步，可以使系統設計更加簡單和安全。

那么，電源非得滿足哪些要求，才能適合由中間直流總線供電的使用呢?有人可能會說，沒有哪些要求，因為從基本原理推斷，開關電源總是在內部對交流電整流，所以開關電源可以由交流和直流供電。而且，很多開關電源的產品說明中也會明確指出一定的直流輸入范圍，如450…750Vdc等。那么，為什么在實際中用一般開關電源筆直連接到中間直流總線上會出現問題呢?

其中一個原由在于，中間直流總線上的電壓經常是帶有幾百伏對地幅值的高頻交流電壓,即所謂“共模噪聲”。標識“直流電壓”實際上指的只是正負極間的電壓，而不是對地的，因為整個中間直流總線以相同的節奏對地來變動。這種效應是因為變頻器中的快速開關(IGBT)通過電機和其它的電容以高頻周期性地將正負極與地相連。

變頻器雖然自帶有濾波器，但是它只對外工作，也就是面向輸入電網;而對內，即面向中間直流總線，它不起作用。而且因為這是變頻器內部，也沒有明確的電磁兼容標準要求。而針對電源的電磁兼容標準也不傾覆這一使用，因為一般電源輸入端上不會長期有600V，幾千Hz頻率范圍的的干擾，這種干擾超過了一般電源所要求的輸入可靠值的幾十倍。因此對中間直流總線供電的電源的要求完全不同于一般的電源。

因此，普世(PULS)開發了一款專門由變頻器中間直流總線供電的、24V/20A輸出的電源，QTD20.241。它的一個緊要的特點在于，掉轉了濾波器的朝向。通常設計濾波器是為了使由開關電源萌生的干擾不會影響到輸入端電網。而在中間直流總線供電使用中，濾波器則要屏蔽來自中間直流總線的干擾;來自電源的干擾不需要濾除，因為中間直流總線上已經很不“干凈”了，而且變頻器自帶的濾波器也會濾除QTD20電源可能萌生的干擾。另外，依據UL508標準要求，QTD20的輸入端上還有特殊的直流保險絲，如果不小心將它的輸入端反接，保險絲也不會斷，電源只是不再持續工作了。

事實上，還有很多使用中，PULS推出的QTD系列產品可以避免電網波動可能帶來的人身傷害和經濟損失，比如，紡織、造紙、打磨機械以及前面提到的吊裝機械等。QTD系列產品可以提供給控制系統足夠的能量，保證整個設備在電網波動情況下安全地、受控地關機，從而成為驅動系統設計的最佳選擇。

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