通常来说开关电源的工频电源工作总是离不开变压器。而输出的直流电,不管是调节的还是非调节的,都是首先在次级产生的。但如果输入不是交流电,而是直流电,将会发生什么?如果一切“大约”来看,开关电源理论上可以在直流或者交流电下工作。然而,当发生故障,一台不适用于直流电输入的开关电源,很有可能导致火灾,因为处理高压直流电比起处理交流电要难得多,事实上要更加危险。
首先,为什么一台输入被设定为交流电的电源要接受直流电输入?事实上存在着大量的应用实例:
1. 当使用多个变频器或者伺服放大器,一个整流器要通过中间直流总线为多个变频器提供范围在360-900VDC的直流电。中间直流总线电压能给开关电源供电,将带来一个极大的好处。当电网供电发生故障,设备和机器都会马上进入停机状态。这时电机可作为发电机工作,将动能转化为电能,通过逆变器向中间直流总线供电,并且保证在没有电网供电的情况下使控制的电源安全有序地进入停机状态。
图2:有中间电路电压的变频器系统,但是更多的逆变器和电源是由中间直流总线供电的。
2. 由交流电网供电的电源和由电池供电的电源组成冗余电源系统,这两台电源的输出并联连接,不间断地向负载供电。
图3:冗余电源供电:通常由高电压电流电源供电,发生故障的情况下由电源供电。
3. 只有电池或者比如220VDC直流源供电的设备。
在上述所有的情况下,直流源都能够提供大电流。当发生故障,必须在短路或过流时安全切断回路。而在交流电情况下能够完全适用的由石英砂构成的熔断保险丝,在直流电应用中,可能遇到艰巨的挑战。
那么问题在哪里?再次重申:“通常情况”不是问题。但是仔细规划的技术人员眼中总能发现例外情况。就好像人们只会购买“意外险”,而非“通常情况”险。一台设定为交流电输入的电源,在通常情况下也能接直流电输入工作。但问题是,能保证不发生意外吗?大多数开关电源生产商都无法对此做出承诺。
变频器中间直流总线输入:变频器的中间直流总线是由边缘陡峭的相对于保护地的高交流电压(共模电压)叠加而成的。接此类输入直流电的电源必须能够处理这种干扰,通常需要内置一个特殊滤波器。
熔断保险丝:
作为在发生故障时的最后的安全保障,电源中需要内置熔断保险丝。这就带来了问题:电源所使用的这种类型的熔断保险丝是否能够在高直流电压下切断短路电流或者过载电流?首先,似乎短路情况下就存在问题,虽然不是必然的。困难在于,通过熔丝上的电流为2至3倍的额定电流。在这种故障下,不适用于直流电的熔丝不能可靠熔断,而由此产生的热量很可能引起火灾。
图3:昂贵的熔断保险丝,即使在最恶劣的情况下仍然能够保护开关电源;
图5:只有交流认证的输入保险丝,在高直流电压输入时燃烧
有趣的事实还在于,保险丝的额定电流越高,保险丝在直流电压下的熔断表现就越困难。常见的保险丝多数用在不超过4A的交流和直流输入电压下。更高的电流在150VDC以上是不允许的。
认识到这些,问题就迎刃而解了。根据现有的安全使用手册中已经详细准确地说明,在哪种情况下,使用哪种技术,才能允许电源以直流源作为输入。内置的熔断保险丝必须能够及时熔断短路电流和过载电流,否则电源所处的环境就会出现危险的高温。
上述内容有三科变频器维修人员整理编辑。