電源

電源是一種為電氣負載（如計算機、電器、消費電子產品或電池充電器等）提供電能（電壓和電流的組合）的電氣設備。由于電源的主要用途是將來自電網等源的電力轉換為適合負載工作的正確電壓、電流和頻率，因此它也被稱為電力轉換器。在某些負載（如臺式計算機）中，電源內置于設備內部。而在其他情況下，例如電機或電器，電源是獨立的設備。

在某些應用中，單個電源可能不足以提供負載所需的功率。例如，所需電壓可能遠高于電源所能提供的電壓?；蛘?，負載所需的電流可能遠超單個電源單元的能力范圍。

直流可編程電源的串聯(lián)連接

在所需功率遠高于單個電源所能提供的應用中，用戶可以根據需求將多個電源串聯(lián)或并聯(lián)連接。將多個電源并聯(lián)連接會增加電流和功率，同時保持電壓恒定。相反，將它們串聯(lián)連接會將各個電源的電壓相加，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。例如，串聯(lián)連接僅允許在相同類型和制造商型號的電源之間進行，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，兩個或多個電源的串聯(lián)操作只能在任一電源的輸出隔離電壓額定值范圍內實現，以獲得比單個電源更高的電壓。簡而言之，制造商建議的串聯(lián)連接六項關鍵提示是：

串聯(lián)連接的六項關鍵提示

每個電源的電壓設置必須相同。

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

確保每個電源的電流設置匹配。

切勿超過串聯(lián)中任何電源的輸出隔離電壓額定值。

嚴禁任何電源承受負電壓。

必須對每個電源進行單獨控制。

電動汽車：串聯(lián)應用示例

那么，用戶會在哪些場景中需要這種串聯(lián)連接呢？例如在電動汽車（EV）領域，制造商正從400V電池轉向800V。促使汽車制造商采用更高電壓的一些關鍵因素包括：提高電動汽車效率、更快充電以及減輕其他部件的重量。分析數據顯示，通過將電池電壓提高到800V，與400V相比，為電動汽車電機和其他設備供電所需的電流要低得多，從而允許使用更細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，這是吸引電動汽車買家的一個主要因素。目前，包括特斯拉、比亞迪等在內的主流電動車制造商均已采用800V高壓架構，且采用該技術的車企數量正呈現快速增長態(tài)勢。

圖1. 兩個串聯(lián)連接的400V電源可產生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 生產提供多種輸出直流電壓的直流可編程電源。在開始項目之前，請確保電源具有相似的額定值后再進行串聯(lián)連接。為了使用400V單元產生800V電源，必須如圖1所示連接兩個相同的電源。EA生產最接近所需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展模塊 (如數字 I/O、CAN 總線等)。

■2.主-從總線接口

用于構建并聯(lián)連接系統(tǒng)（Parallel Connection System），實現多臺電源的協(xié)調控制和狀態(tài)監(jiān)控。此接口連接主設備和輔助設備。

■3.均流總線接口

用于構建并聯(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。

■4.輸出電壓遠端補償輸入端子

用于連接遠端補償（Remote Sense）線，補償負載連接導線上的壓降，確保負載點獲得精確的設定電壓。

■5.輸出端子（銅質匯流排）

設備的主直流功率輸出連接點（DC Output Terminal），采用大電流銅質匯流排（Copper Busbar）設計，可承載高額定電流。

■6. 交流電源輸入端子

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

■7.以太網接口

RJ-45網絡接口（Ethernet Interface），用于通過TCP/IP協(xié)議實現遠程通信、控制和數據傳輸。

■8.USB接口

USB通信接口（USB Interface），通常用于連接計算機進行設備配置、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）模擬量設定信號輸入、監(jiān)控信號輸出以及其他控制信號（如啟停、報警）。

■10.接地連接螺釘

設備保護接地（Protective Earth - PE）連接點，必須使用低阻抗導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Windows PC控制多達20臺EA設備

此外，對于串聯(lián)連接，EA電源不支持主-從（Master-Auxiliary）模式，這意味著每個電源單元必須單獨控制，無論是手動還是遠程（數字或模擬）。對于遠程控制，推薦使用可從EA網站下載的EA Power Control軟件。如果需要，用戶可以購買多控許可證，以便從一臺Windows PC控制多達20臺EA設備。通過選擇串聯(lián)連接的設備，用戶可以幾乎同時向每臺設備發(fā)送相同的命令。

圖3. EA-Power Control軟件通過Windows PC實現對EA可編程直流電源產品的便捷精準控制

其他應用示例需要從單個正(+)電源創(chuàng)建正(+)和負(-)電源，例如在航空應用中。例如，飛機使用 +/-270 Vdc來構成540 Vdc（波音787）。在這種情況下，使用兩臺EA-PSI 10360-240 4U型號的電源串聯(lián)，并將中點接地（如圖4所示），用戶即可創(chuàng)建+270Vdc基準和-270Vdc基準，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，這些在產品的數據手冊中有詳細說明。

圖4. 通過中點接地創(chuàng)建負電壓基準

電源的并聯(lián)運行

該解決方案將兩個或多個電源并聯(lián)連接，用于需要比單個電源更高功率和電流的應用。然而，在將電源并聯(lián)連接之前，用戶必須確保負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導線連接被測設備（DUT）的正(+)和負(-)輸出端子。此外，使用相同長度和粗細的電纜將電源單元連接到負載。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，并在此操作中實現來自每個電源的電流均等分配。

實際上，許多電源制造商（包括開關電源和線性電源）都將其產品設計為支持并聯(lián)運行。理想情況下，為了實現完美的均流，在此配置中使用的各個電源必須呈現相同的輸出阻抗，并且輸出電壓設置盡可能接近。隨著時間的推移，由于輸出參數的正常離散性以及老化（包括溫度）的影響，這種理想情況無法得到保證。

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。在此模式下，當多個相同系列的電源型號（如PSI 10000系列）通過主-從總線和均流總線連接時，整個多設備系統(tǒng)表現為一個單一設備。通過主-從總線，系統(tǒng)數據（如總功率和總電流）被收集并顯示在主機設備上。從機設備的警告和報警信息清晰地顯示在顯示屏上。均流總線為各個設備提供均等的負載分配。

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

根據圖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 (-) 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.在設置菜單中將每個單元配置為主（Master）或從（Auxiliary），并如圖所示設置偏置（Bias）和終端（Termination）電阻。

泰克旗下品牌EA生產提供各種輸出直流電壓和電流的電源，可以根據最終需求輕松串聯(lián)或并聯(lián)連接，適用于無數應用。