電源

電源是一種為電氣負(fù)載（如計(jì)算機(jī)、電器、消費(fèi)電子產(chǎn)品或電池充電器等）提供電能（電壓和電流的組合）的電氣設(shè)備。由于電源的主要用途是將來(lái)自電網(wǎng)等源的電力轉(zhuǎn)換為適合負(fù)載工作的正確電壓、電流和頻率，因此它也被稱為電力轉(zhuǎn)換器。在某些負(fù)載（如臺(tái)式計(jì)算機(jī)）中，電源內(nèi)置于設(shè)備內(nèi)部。而在其他情況下，例如電機(jī)或電器，電源是獨(dú)立的設(shè)備。

在某些應(yīng)用中，單個(gè)電源可能不足以提供負(fù)載所需的功率。例如，所需電壓可能遠(yuǎn)高于電源所能提供的電壓。或者，負(fù)載所需的電流可能遠(yuǎn)超單個(gè)電源單元的能力范圍。

直流可編程電源的串聯(lián)連接

在所需功率遠(yuǎn)高于單個(gè)電源所能提供的應(yīng)用中，用戶可以根據(jù)需求將多個(gè)電源串聯(lián)或并聯(lián)連接。將多個(gè)電源并聯(lián)連接會(huì)增加電流和功率，同時(shí)保持電壓恒定。相反，將它們串聯(lián)連接會(huì)將各個(gè)電源的電壓相加，從而獲得更高的總輸出電壓，而電流保持不變。

這由以下公式表示：

Vout=V1+V2+V3+

其中，Vout 是總輸出電壓，V1, V2, V3... 是串聯(lián)連接的各個(gè)電源。然而，在將電源串聯(lián)連接之前，用戶必須遵守一些注意事項(xiàng)。例如，串聯(lián)連接僅允許在相同類型和制造商型號(hào)的電源之間進(jìn)行，即具有相似電壓、電流和輸出阻抗額定值的電源。但最重要的是，電流額定值必須匹配。此外，兩個(gè)或多個(gè)電源的串聯(lián)操作只能在任一電源的輸出隔離電壓額定值范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)，以獲得比單個(gè)電源更高的電壓。簡(jiǎn)而言之，制造商建議的串聯(lián)連接六項(xiàng)關(guān)鍵提示是：

串聯(lián)連接的六項(xiàng)關(guān)鍵提示

每個(gè)電源的電壓設(shè)置必須相同。

將所需的總電壓除以串聯(lián)電源的數(shù)量。 如果使用兩個(gè)電源，則將每個(gè)設(shè)置為所需總電壓的一半。如果使用三個(gè)電源，則將每個(gè)設(shè)置為所需總電壓的三分之一。依此類推。

確保每個(gè)電源的電流設(shè)置匹配。

切勿超過(guò)串聯(lián)中任何電源的輸出隔離電壓額定值。

嚴(yán)禁任何電源承受負(fù)電壓。

必須對(duì)每個(gè)電源進(jìn)行單獨(dú)控制。

電動(dòng)汽車：串聯(lián)應(yīng)用示例

那么，用戶會(huì)在哪些場(chǎng)景中需要這種串聯(lián)連接呢？例如在電動(dòng)汽車（EV）領(lǐng)域，制造商正從400V電池轉(zhuǎn)向800V。促使汽車制造商采用更高電壓的一些關(guān)鍵因素包括：提高電動(dòng)汽車效率、更快充電以及減輕其他部件的重量。分析數(shù)據(jù)顯示，通過(guò)將電池電壓提高到800V，與400V相比，為電動(dòng)汽車電機(jī)和其他設(shè)備供電所需的電流要低得多，從而允許使用更細(xì)的電纜和更小的電子元件。

因此，這減輕了車輛的重量，并最大限度地減少了因發(fā)熱造成的能量損失，從而提高了整體效率和電池續(xù)航里程。此外，這有助于電池充電更快，這是吸引電動(dòng)汽車買家的一個(gè)主要因素。目前，包括特斯拉、比亞迪等在內(nèi)的主流電動(dòng)車制造商均已采用800V高壓架構(gòu)，且采用該技術(shù)的車企數(shù)量正呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

圖1. 兩個(gè)串聯(lián)連接的400V電源可產(chǎn)生800V電壓輸出

提供多種輸出直流電壓的直流可編程電源

泰克旗下大功率直流電源品牌EA Elektro-Automatik 生產(chǎn)提供多種輸出直流電壓的直流可編程電源。在開(kāi)始項(xiàng)目之前，請(qǐng)確保電源具有相似的額定值后再進(jìn)行串聯(lián)連接。為了使用400V單元產(chǎn)生800V電源，必須如圖1所示連接兩個(gè)相同的電源。EA生產(chǎn)最接近所需400V的500V單元，例如可編程雙向直流電源 EA-PSB 10500-30，其輸出可設(shè)置為400V，如圖1所示。

圖 2. EA-PSB 雙向電源單元的后板接口示意圖

■1.接口插槽

用于安裝選配的通信或功能擴(kuò)展模塊 (如數(shù)字 I/O、CAN 總線等)。

■2.主-從總線接口

用于構(gòu)建并聯(lián)連接系統(tǒng)（Parallel Connection System），實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電源的協(xié)調(diào)控制和狀態(tài)監(jiān)控。此接口連接主設(shè)備和輔助設(shè)備。

■3.均流總線接口

用于構(gòu)建并聯(lián)連接系統(tǒng)，確保各并聯(lián)電源之間的電流均等分配（Current Sharing）。此接口連接所有并聯(lián)單元的均流信號(hào)。

■4.輸出電壓遠(yuǎn)端補(bǔ)償輸入端子

用于連接遠(yuǎn)端補(bǔ)償（Remote Sense）線，補(bǔ)償負(fù)載連接導(dǎo)線上的壓降，確保負(fù)載點(diǎn)獲得精確的設(shè)定電壓。

■5.輸出端子（銅質(zhì)匯流排）

設(shè)備的主直流功率輸出連接點(diǎn)（DC Output Terminal），采用大電流銅質(zhì)匯流排（Copper Busbar）設(shè)計(jì)，可承載高額定電流。

■6. 交流電源輸入端子

用于連接設(shè)備的主電源輸入（Mains / AC Input），為設(shè)備運(yùn)行提供電能。

■7.以太網(wǎng)接口

RJ-45網(wǎng)絡(luò)接口（Ethernet Interface），用于通過(guò)TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信、控制和數(shù)據(jù)傳輸。

■8.USB接口

USB通信接口（USB Interface），通常用于連接計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)備配置、控制和軟件更新。

■9.隔離模擬量編程/監(jiān)控及其他功能接口（DB15母座）

15針D-Sub母型接口（DB15 Female Connector），提供電氣隔離的（Isolated）模擬量設(shè)定信號(hào)輸入、監(jiān)控信號(hào)輸出以及其他控制信號(hào)（如啟停、報(bào)警）。

■10.接地連接螺釘

設(shè)備保護(hù)接地（Protective Earth - PE）連接點(diǎn)，必須使用低阻抗導(dǎo)線將其可靠連接至系統(tǒng)的接地排或大地，確保安全。

注意：如果使用雙向電源作為負(fù)載（即吸收功率），則必須采取額外措施。

EA Power Control軟件允許從一臺(tái)Windows PC控制多達(dá)20臺(tái)EA設(shè)備

此外，對(duì)于串聯(lián)連接，EA電源不支持主-從（Master-Auxiliary）模式，這意味著每個(gè)電源單元必須單獨(dú)控制，無(wú)論是手動(dòng)還是遠(yuǎn)程（數(shù)字或模擬）。對(duì)于遠(yuǎn)程控制，推薦使用可從EA網(wǎng)站下載的EA Power Control軟件。如果需要，用戶可以購(gòu)買多控許可證，以便從一臺(tái)Windows PC控制多達(dá)20臺(tái)EA設(shè)備。通過(guò)選擇串聯(lián)連接的設(shè)備，用戶可以幾乎同時(shí)向每臺(tái)設(shè)備發(fā)送相同的命令。

圖3. EA-Power Control軟件通過(guò)Windows PC實(shí)現(xiàn)對(duì)EA可編程直流電源產(chǎn)品的便捷精準(zhǔn)控制

其他應(yīng)用示例需要從單個(gè)正(+)電源創(chuàng)建正(+)和負(fù)(-)電源，例如在航空應(yīng)用中。例如，飛機(jī)使用 +/-270 Vdc來(lái)構(gòu)成540 Vdc（波音787）。在這種情況下，使用兩臺(tái)EA-PSI 10360-240 4U型號(hào)的電源串聯(lián)，并將中點(diǎn)接地（如圖4所示），用戶即可創(chuàng)建+270Vdc基準(zhǔn)和-270Vdc基準(zhǔn)，并提供60kW的功率。出于安全和隔離原因，制造商建議遵循一些限制條件，這些在產(chǎn)品的數(shù)據(jù)手冊(cè)中有詳細(xì)說(shuō)明。

圖4. 通過(guò)中點(diǎn)接地創(chuàng)建負(fù)電壓基準(zhǔn)

電源的并聯(lián)運(yùn)行

該解決方案將兩個(gè)或多個(gè)電源并聯(lián)連接，用于需要比單個(gè)電源更高功率和電流的應(yīng)用。然而，在將電源并聯(lián)連接之前，用戶必須確保負(fù)載電流在電源之間均勻分配。為此，用戶必須確保使用相同的電源，并使用相同的電纜或?qū)Ь€連接被測(cè)設(shè)備（DUT）的正(+)和負(fù)(-)輸出端子。此外，使用相同長(zhǎng)度和粗細(xì)的電纜將電源單元連接到負(fù)載。這樣，連接線上的電壓降相同，從而確保并聯(lián)電源上的電壓相同，并在此操作中實(shí)現(xiàn)來(lái)自每個(gè)電源的電流均等分配。

實(shí)際上，許多電源制造商（包括開(kāi)關(guān)電源和線性電源）都將其產(chǎn)品設(shè)計(jì)為支持并聯(lián)運(yùn)行。理想情況下，為了實(shí)現(xiàn)完美的均流，在此配置中使用的各個(gè)電源必須呈現(xiàn)相同的輸出阻抗，并且輸出電壓設(shè)置盡可能接近。隨著時(shí)間的推移，由于輸出參數(shù)的正常離散性以及老化（包括溫度）的影響，這種理想情況無(wú)法得到保證。

為此，像EA這樣的制造商采用了一種稱為“主-從模式并帶有專用均流總線（Share bus）”的技術(shù)。在此模式下，當(dāng)多個(gè)相同系列的電源型號(hào)（如PSI 10000系列）通過(guò)主-從總線和均流總線連接時(shí)，整個(gè)多設(shè)備系統(tǒng)表現(xiàn)為一個(gè)單一設(shè)備。通過(guò)主-從總線，系統(tǒng)數(shù)據(jù)（如總功率和總電流）被收集并顯示在主機(jī)設(shè)備上。從機(jī)設(shè)備的警告和報(bào)警信息清晰地顯示在顯示屏上。均流總線為各個(gè)設(shè)備提供均等的負(fù)載分配。

圖5. EA的設(shè)備可以通過(guò)Cat-5電纜（用于通信）和BNC電纜（用于均流）輕松并聯(lián)。

根據(jù)圖5，并聯(lián)EA可編程雙向直流電源的步驟如下：

步驟1.物理上并聯(lián)正 (+) / 負(fù) (-) 輸出端子。

步驟2.連接均流總線以確保各單元電流分配均勻。

步驟3.連接主/從總線以確保單元間的通信。

步驟4.在設(shè)置菜單中將每個(gè)單元配置為主（Master）或從（Auxiliary），并如圖所示設(shè)置偏置（Bias）和終端（Termination）電阻。

泰克旗下品牌EA生產(chǎn)提供各種輸出直流電壓和電流的電源，可以根據(jù)最終需求輕松串聯(lián)或并聯(lián)連接，適用于無(wú)數(shù)應(yīng)用。