變頻器中間直流總線供電的開關(guān)電源

帶有360-900V直流輸入、可以直接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(shè)計要求。

用于控制系統(tǒng)和其它應(yīng)用的電源傳統(tǒng)上都是直接由單相或三相電網(wǎng)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應(yīng)用，新的供電可能出現(xiàn)了：由變頻器的中間直流總線供電（圖1）。這種供電的優(yōu)點在于，可以利用運轉(zhuǎn)的電機中儲存的、“免費”的動能來為控制系統(tǒng)供電。如果這種可能成為現(xiàn)實，將大大提高電源相對電網(wǎng)波動的穩(wěn)健性，而不必使用需要經(jīng)常性維護的蓄電池緩沖系統(tǒng)。

為了理解這種應(yīng)用，可以以吊車為例：當(dāng)?shù)踯噭倓傁蛏系跗鹭浳飼r，如果供電電網(wǎng)突然中斷，會發(fā)生什么呢？通常，控制系統(tǒng)必須備有蓄電池緩沖，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(tǒng)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(fā)電機的作用，保持住中間直流總線以及控制系統(tǒng)上的電壓。通過這種對執(zhí)行器和控制系統(tǒng)的強制同步，可以使系統(tǒng)設(shè)計更加簡單和安全。

那么，電源必須滿足哪些要求，才能適合由中間直流總線供電的應(yīng)用呢？有人可能會說，沒有什么要求，因為從基本原理推斷，開關(guān)電源總是在內(nèi)部對交流電整流，所以開關(guān)電源可以由交流和直流供電。而且，很多開關(guān)電源的產(chǎn)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，為什么在實際中用普通開關(guān)電源直接連接到中間直流總線上會出現(xiàn)問題呢？

其中一個原因在于，中間直流總線上的電壓常常是帶有幾百伏對地幅值的高頻交流電壓（圖2）, 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(jié)奏對地來變動。這種效應(yīng)是因為變頻器中的快速開關(guān)(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（圖3）。

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(wǎng)；而對內(nèi)，即面向中間直流總線，它不起作用。而且因為這是變頻器內(nèi)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覆蓋這一應(yīng)用，因為普通電源輸入端上不會長期有600V，幾千Hz頻率范圍的的干擾，這種干擾超過了普通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普通的電源。

因此，普世（PULS）開發(fā)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。它的一個重要的特點在于，掉轉(zhuǎn)了濾波器的朝向。通常設(shè)計濾波器是為了使由開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾不會影響到輸入端電網(wǎng)。而在中間直流總線供電應(yīng)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(jīng)很不“干凈”了，而且變頻器自帶的濾波器也會濾除QTD20電源可能產(chǎn)生的干擾。另外，根據(jù)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，電源只是不再繼續(xù)工作了。

事實上，還有很多應(yīng)用中，PULS推出的QTD系列產(chǎn)品可以避免電網(wǎng)波動可能帶來的人身傷害和經(jīng)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(chǎn)品可以提供給控制系統(tǒng)足夠的能量，保證整個設(shè)備在電網(wǎng)波動情況下安全地、受控地關(guān)機，從而成為驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計的最佳選擇。