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計要求。 用于控制系統和其它應用的電源傳統上都是直接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應用，新的供電可能出現了：由變頻器的中間直流總線供電（圖1）。這種供電的優點在于，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。如果這種可能成為現實，將大大提高電源相對電網波動的穩健性，而不必使用需要經常性維護的蓄電池緩沖系統。 圖1：由變頻器中間直流總線供電，不需交流電網供電 為了理解這種應用，可以以吊車為例：當吊車剛剛向上吊起貨物時，如果供電電網突然中斷，會發生什么呢？通常，控制系統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，電源必須滿足哪些要求，才能適合由中間直流總線供電的應用呢？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，為什么在實際中用普通開關電源直接連接到中間直流總線上會出現問題呢？ 圖2：正極（藍色）和負極（綠色）對地電壓：超過800V 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（圖3）。 圖3：較高的直流電壓產生的原因：快速IGBT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覆蓋這一應用，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，PULS普爾世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。它的一個重要的特點在于，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產生的干擾不會影響到輸入端電網。而在中間直流總線供電應用中，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電源可能產生的干擾。另外，根據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，電源只是不再繼續工作了。 圖4：允許輸出電流與輸入電壓 該產品的另一個特殊性在于，它有很寬的直流輸入范圍：從360V到900V（圖4），遠遠超過一般AC/DC電源的直流輸入范圍。其中的直流下限值對于本文所描述的應用尤為重要。而在上限范圍，PULS普爾世也設計了很多裕量。因為當電機制動時，電機中的動能會被返回到中間直流總線上，此時的電壓會在變頻器的限壓電路工作前迅速升高。QTD20會在電壓高過900V時施加額外的保護，使電源自動關斷，避免不必要的損失。除了利用中間直流總線上的能量延長緩沖時間外，QTD20還能用內部自帶的電解電容提供20A負載下0.022秒的輸出緩沖時間。 熟悉PULS普爾世產品的用戶可能會發現，QTD20（D表示直流輸入）與三相輸入、24V/20A輸出的QT20外觀基本相同。這兩種電源實際上有很多相似的特性，比如精簡的設計（只有65mm寬）；轉換效率高達95％；輸出電壓監控信號DC-OK，快速方便的彈壓式接線端子，等等。由于有寬輸入范圍，QTD20的4秒內額外功率（Bonus power）不得不降到25％，但仍提供了動態負載下的很多裕量。使用QTD20，可以方便地設計出先進可靠的、專門用于變頻器驅動的控制系統。如果在系統第一次啟動時需要從三相電網接入一個小功率電源，則可以選用PULS普爾世的帶380-480V交流輸入、24V/4A輸出的，“性價比”較高的ML100.200電源。 事實上，還有很多應用中，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。