任何电源选择的最重要标准是提供必要的最大功率、最大电压和最大电流的要求

作者：Craig Frahm，全球营销经理，EA Elektro Automatik

电源选择的一个重要但被忽略的方面是电源具有的输出特性类型。典型的电源具有矩形输出，其中仅在电源的最大额定电压和最大额定电流下输送最大功率。另一种选择是具有自动量程特性的电源。这种电源类型具有恒定功率输出特性，可以在更宽的输出值范围内提供全功率输出。与具有矩形输出特性的等效电源相比，自动量程电源可以输出更高的电压和更高的电流。
 


在许多应用中，测试工程师可以选择额定功率低于矩形输出电源所需功率的自动量程直流电源。因此，自动量程电源可以节省成本，并可能节省系统尺寸和冷却成本。与传统的矩形输出电源相比，自动量程电源的宽电压和电流范围还可以减少测试系统所需的不同电源的数量，从而使设备能够管理更少的电源模型。如果新产品具有比当前产品更高的电压范围，自动量程直流电源为未来的测试系统提供了灵活性。因此，自动量程电源可以解决现有应用，并提供在未来应用中使用的灵活性，这意味着测试经理可以购买更少的电源，因为自动量程功能提供了额外的灵活性。具有矩形输出的直流电源无法与自动量程直流电源提供的功能相匹配。
 
本文讨论了自动量程电源和矩形输出电源之间的区别。本文还介绍了显示自动量程输出电源值的应用程序。
 

图1：与矩形输出电源相比，自动量程电源的输出曲线。自动量程电源在更多V-I点提供更高的输出电压、输出电流和全功率输出。矩形输出电源仅在V_max和I_max下提供全功率。
 
图1显示了与具有矩形输出的电源相比，电源的自动量程输出。自动调节输出实质上是恒定功率输出。自动量程输出允许在较低的负载电流下输出较高的电压。这种类型的电源还允许在较低电压下的较高负载电流。全功率输出可沿自动量程输出曲线实现。电压和电流的多种组合提供全功率。
 
图1所示的矩形输出只能在最大电压下的一个点提供最大功率。在任何低于最大额定电压的电压下，电源输出的功率小于最大功率。
 
有源电路元件和电路配置的理想限制阻止了自动调节电源在无电流的最大电压和无电压的最大电流的极值之间提供恒定功率。与其他自动量程电源不同，EA Elektro Automatik装置可实现最大额定电压的33%的全功率。其他典型的自动量程电源在下降到其额定输出电压的50%之前开始断电。
 
因此，通过EA Elektro Automatik提供的自动量程设计，无需对所购买的电源进行过大的调整，并且更有可能支持未来所需的测试。
 
测试服务器
考虑为服务器群供电的需要，其中每个服务器需要3150 W。服务器设计在192到400 V的宽电压范围内运行。在这两个电压和其间的任何电压下，服务器需要3150W。最小和最大电压下所需的负载电流为：
              3,150 W/400 V = 7.9 A
              3,150 W/192 V = 16.4 A
如果测试工程师选择具有传统矩形输出特性的电源，则所需电源的电压必须超过400 V，额定电流为16.4A。制造商通常提供500 V输出的电源。为了适应所需的全部电压和电流范围，则所需电源的容量必须为：
              500 V x 16.4 A = 8,200 W.
在有5 kV、7.5 kV和10 kV电源可用的情况下，测试系统工程师需要选择10 kW电源。
 
或者，EA Elektro Automatik可以提供具有相同最大电压（500V）和30A最大输出的自动量程电源；然而，功率输出仅为5000 W。所需的EA Elektro Automatik电源应为PSI 10500-30型。
              5,000 W/192 V = 26.0 A
              5,000 W/400 V = 12.5 A
EA Elektro Automatik电源可以提供一半的功率，并具有额外的电流容量，以满足测试要求。
 
如果需要在高于400V的电压下进行测试，则电源的替代选择可以是PSI 10750-20型，也可以是5000W电源。在192 V时，电源仍然可以提供20 A。现在，测试工程师的电源范围比10000 W常规输出电源大得多，即使功率是原来的两倍。具有750 V输出的10000 W电源仅提供13.3 A，低于192 V状态所需的电流。电压较高的10000 W矩形输出电源无法满足低电压条件下服务器的负载要求。对于750V输出，矩形输出电源必须为15000W电源，以支持16A负载。这是自动量程电源功率的3倍。
由于成本直接与功率的瓦特数成比例，因此使用较低功率容量的电源肯定会大大节省成本。还降低了冷却要求，以支持较低的功率供应。此外，750 V电源的选择允许测试在更高电压下运行的新服务器。
 
测试服务器群是自动量程供应的一个例子，可以使用比传统矩形输出电源更低的功率仪器在宽电压范围内维持负载。测试具有宽输入电压额定值的DC-DC转换器也是类似的应用。与服务器一样，DC-DC转换器必须在指定的输入电压范围内保持其负载，该范围可能相当大。
 
光伏逆变器的测试
 

图2：太阳能电池I-V输出特性
 
如图2中太阳能阵列的特性曲线所示，太阳能阵列在宽动态范围内运行。太阳能阵列的输出连接到光伏逆变器，光伏逆变器向电力线电网提供交流电力。为了使效率最大化，逆变器被设计为将太阳能电池阵列的输出保持在其最大功率点MPP。由于天气条件和一天中的时间，太阳能阵列上光强度的变化会导致I-V曲线及其最大功率点移动。逆变器设计用于将太阳能电池阵列保持在其最大功率点。因此，逆变器必须具有宽的输入电压工作范围。表1列出了光伏逆变器的一些参数。红色方框突出显示逆变器的最大输入电压和最大电流。在最大电流下，该表表明逆变器的启动电压为200 V。逆变器必须在200–520 V的范围内工作。选择能够满足所需电压和电流额定值的矩形电源将需要30 kW的电源，该电源将输出600 V和50 A。EA Elektro Automatik 15 kW自动量程电源，型号PSI 10750-60，最大电压为750 V，最大电流为60 A，可满足要求。PSI 10750-60在½功率下提供更高的电压和更高的电流净空。
 
同样，自动量程电源可以显著节省成本，节省机架空间，减少冷却基础设施。更高的电压电源允许测试未来可能在高于520 V的电压下运行的逆变器。
 

表1：光伏逆变器的输入功率参数
 
测试车载充电器
 
电动汽车（EV）具有在400V和800V电压下运行的车载电池充电器。充电器可消耗22kW。为了测试任一输出车载充电器，电源需要提供22000 W/400 V=55 A和22000 W/800 V=27.5 A。矩形输出电源需要覆盖800 V和55 A的包络线或44 kW。所选电源必须为50 kW电源，这是大多数电源制造商在40 kW以上的功率水平下制造的。EA Elektro Automatik的自动量程电源可提供30 kW PSI-11000-80型，最大电压为1000 V，最大电流为80 A。自动量程电源为测试工程师节省了20 kW，从而节省了资本成本，最有可能节省了机架空间和冷却功率。此外，自动量程电源提供额外的200 V，用于未来的测试系统。
 
结论：DC电源的真实自动量程输出值
电源的输出特性会影响测试系统的成本、大小和冷却要求。与具有矩形输出特性的等效电源相比，自动量程输出电源为最大功率输出提供更高的电压、更多的负载电流以及更多的电压和电流组合。如上述示例所示，测试工程师可以使用比矩形输出电源满足应用所需的功率更低的自动量程电源。EA Elektro Automatik自动量程电源的宽电压范围可减少测试设施所需的电源型号数量。测试设施可以购买和储存更少类型的型号。更少的型号减少了测试部门必须学习维修的不同电源的数量，并减少了必须清点的备件数量。最后，如果测试中的新设备具有更高的额定电压，则自动量程电源的更宽范围为测试工程师提供了在未来测试系统中安装相同电源的灵活性。调查未来供应需求的输出特性。自动量程供应将提供最大价值。
 
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