具有6:1輸入電壓范圍的新型低功率AC/DC轉換器

市場上有許多寬輸入電壓AC/DC 電源。由于輸入范圍為90-305VAC的電源涵蓋了100、115、230和277Vac標稱電壓，因此可作為全球通用的電壓。然而，很多工業中安裝的是沒有中性線的三相電，因此需要更寬的輸入電壓范圍來滿足相對相的輸入需求。本文將解釋為什么開發了具有6:1輸入電壓范圍的新型低功率AC/DC轉換器。

首先進行簡短的技術說明：在三相主電源中，相相間互成120°角。相間電壓如圖1所示。VAB的幅度是單相電壓VA的√3倍。

圖一：三相電源矢量圖

在一些工業應用中，交流電經過整流后產生的是不平滑直流電。只要直流電壓在輸入電壓范圍內，所有的標準AC/DC轉換器都可以正常工作。均方根(rms)交流電壓定義為：交流電壓在純阻性負載上產生的熱效應和直流電壓相等。實際上交流電壓峰峰值遠高于均方根電壓(圖2)。如果主電源經過全波整流，那么所產生的直流電壓將比標稱均方根電壓高出√2倍。因此，為了涵蓋所有可能的整流三相交流輸入電壓，轉換器的直流輸入電壓范圍必須至少高達678VDC。

圖2：全波整流交流波形

為了滿足單相和相對相的交流電壓，以及全波整流后的電壓要求。

RECOM Power推出了RAC05-K/480系列，具有85-528VAC的超寬輸入交流電壓范圍，以及120V至745VDC的直流輸入電壓范圍，因此該系列可滿足100V至480VAC或整流后的直流輸入電壓。超寬輸入電壓AC/DC轉換器有三個主要的應用領域：狀態檢修(CBM)、智能街道照明以及缺相容錯工業系統。

根據狀態進行維護

單純來說CBM的意思是：「如果沒有損壞，就無需修理!」這個概念是持續監控機器和系統，如果所有讀數都在公差范圍內，就沒有必要做任何預防性維護。只有當指示器開始顯示新的變化才會進行調查(例如：意外的溫度升高、電機的振動特征變化或數據異常)，有必要時再予以維修。

CBM用于智能維護系統(預測和預防而非故障和修復)，對于一旦停機可能導致嚴重問題的關鍵系統特別有幫助，或者對超級大的工廠來說，使用CBM可以顯著減少備件庫存和降低營運維護部門的成本(每位工程師可以負責更多的機器設備)。

與所有信息化系統一樣，CBM跟被監控設備之間需要定期的數據通信來往。如果我們以電機健康監測系統為例，傳感器可測量溫度、振動、噪聲、轉速和電源電流以獲得準確的電機性能狀況。該信息可由有線現場總線系統連續發送，或者通過無線IoT鏈路進行預處理之后不定期發送以減少數據流量。在任何一種情況下，都需要為CBM監測系統提供穩定可靠的低壓直流電源。圖3顯示了這種系統沒有可用的中性線因此是由三相電源的其中兩相供電。

圖三：電機健康監測系統由三相電動機電源的兩相供電

在三相電能計量、電動車充電站以及可持續能源監測和控制系統也需要類似的相對相的AC/DC電源。

智能街道照明

低功率380-480V AC/DC轉換器最常見的第二個應用是智能街道照明。最常見的做法是低功率的AC/DC電源安裝在路燈的燈柱上，路燈連接三相電中的兩相。因此三個相位上的負載可以平均分配，同時減少所需的布線量。每個燈柱分別接地，所以不需要額外的接地線或中性線。

圖四：智能街道照明典型接線圖 - 每個燈連接兩相

路燈控制可以用無線或電力線通信集中協調，實現路燈可自動化(每個燈柱都可以安裝GPS接收器，因此每盞燈都知道它的位置、時間以及日出和日落時間(民用曙暮光)，并作為GPS天文數據傳輸出去)。在一些照明計劃中，例如多層停車場、街道照明和大面積照明，還可以包括移動檢測器和車輛檢測器以在需要照明的地方讓路燈亮起。

無論控制是本地控制還是集中控制，傳感器和通信收發器都必須由相間電源供電。它們的功率要求并不高，通常3-4W就足以為紅外探測器、GPS模塊或網狀無線電供電。由高壓電供電的敏感傳感器或無線電設備的主要問題在于要如何應對浪涌和瞬變。室外智能燈裝置通常被歸類為過電壓類別(OVC) III或IV，這意味著電壓浪涌可能有非常高的能量因為越高的OVC類別有越低的源阻抗。

圖五：過電壓類別

RAC05-K/480符合OVC III標準(內置氣體放電管、保險絲和MOV)。安裝OVC IV需要一個由外部避雷器組成的預濾波器，可根據法規要求在經過幾次浪涌電壓或浪涌電流后進行更換。

容錯

據估計，近90%的電源故障是由單相短路引起的。三相故障極為罕見。在工業應用中電力的連續性對連續作業或安全性是極為重要的，因此可以考慮使用非接地安裝。

這對三角型配電系統尤其有效，而不是圖1所示的星型配置。三角型配置可以不接地、角接地或中心抽頭接地，接地時使用高阻抗接地或固定接地。這種安排的原因是接地故障時可能會在系統的某些地方產生不需要的電流，但系統的其余地方仍正常運行。因此，盡管星型連接是最常見的，但三角型連接仍然用于許多關鍵流程上，例如數據中心、汽車廠或造紙廠等連續生產工廠。

RAC05-xxk/480不需要接地，因為它是一個4kVAC雙重隔離的Class II設備，所以它與三角型或星型接法兼容。它還可以與三相整流器一起使用成為一個相位冗余電源，如圖2所示。如果任何單相發生故障，電源可以由另外兩相供電。