直流电源恒定功率电压和电流范围的优势

什么是 "恒定功率"，它是如何工作的？

可编程直流电源历来以点额定功率输出能力为特征，单位为瓦特。点额定功率意味着电源只能在一个工作点提供最大可用功率输出。该功率输出点是指直流电压和直流电流输出均处于各自可用范围的最大设定值。例如，当负载电流为 40Adc 时，电压范围为 0 ~ 250Vdc 的 10kW 电源才能提供 10kW 输出。这种设计可编程直流电源的方法对最终用户有两方面的影响：

1.所选电源的大小必须大于被测设备的实际功率要求。因此，大多数时候使用的电源都低于其最大额定功率、电压和/或电流。

2.一旦选定，直流电源的应用范围就会受到功率和电压范围的限制。在上例中，250 伏直流电源不能用于任何需要 250 伏以上直流输出的应用。

由于这一点的额定值，可编程电源制造商在给定的电源型号系列中提供了大量的电压范围型号，有时一个型号系列多达 20 种不同的电压范围。这显然限制了他们从生产规模经济中获益的能力，导致产品成本居高不下，进而影响最终用户的定价。几十年来，终端用户不得不忍受这些限制，但电源转换技术的新发展正在消除其中的一些限制。

恒功率范围设计

图 1：DCS360-80-4 直流电源

通过使用更高精度的电路和更高分辨率的控制与测量技术，最先进的可编程电源设计不再迫使最终用户从众多额定点数型号中进行选择。取而代之的是，这些新型电源可在给定功率水平下提供更宽的电压和电流范围--在某些情况下，两者的比例为三比一。Adaptive Power Systems DCS 系列恒功率可编程直流电源就是一个很好的例子。DCS 电源的电压和电流范围不是由单一的最大功率输出设定点来定义的，而是在很大的设定范围内可用。例如，10 千瓦 DCS360-80 型号的电压范围为 0 ~ 360Vdc，同时支持 0 ~ 360Adc 的电流范围，最大输出功率为 10 千瓦。因此，它不仅能轻松支持第 1.0 节中的 250Vdc @ 40Adc 原始要求，还能支持 10,000/360 或 27.78Adc 的 360Vdc 输出，以及 166.67Vdc @ 60Adc 的要求。因此，同一直流电源可支持更广泛的应用。

这种能力如下图 2 所示。灰色区域显示的是额定功率为 10 千瓦点的电源的工作范围，明显小于额定功率相同的 DCS 型号。

图 2：DCS 系列恒功率自动测距

恒定功率范围直流电源的成本节约

与使用 "传统 "可编程直流电源相比，这种灵活性的提高可节省大量成本。在处理现代电子 EUT（如通常支持宽直流输入能力的 DC/DC 转换器）时尤其如此。为了支持此类宽工作能力设备的开发和测试，最终用户历来不得不大大提高所使用直流电源的额定值，以涵盖所有设置。这就导致直流电源由于缺乏灵活性，其使用率远远低于其最大能力。我们将用一个例子来更清楚地说明这一点。

示例 1：电信直流/直流转换器测试

图 3：1600 瓦 DC/DC 转换器

在第一个示例中，我们将确定测试典型电信 DC/DC 转换器所有直流输入范围所需的设置。例如，我们使用 Vicor MegaPAC 转换器，它有七个不同的直流输入范围（见图 3）。相应的标称输入测试电压以及低限和高限范围测试值见下表 1。

表 1：DC/DC 转换器输入电压范围

最经济有效的测试方法是使用单个可编程直流电源，该电源可支持所有输入测试电压和电流设置。这意味着我们需要一个能支持 160A 电流的 100 伏直流电源。表 2 中各种量程的低线测试限值证明了这一点。

表 2：各范围所需的测试电压和电流

大多数可编程直流电源制造商都提供 100 伏直流电源型号，但我们需要确保在 10 伏直流电压下能获得 160 安培直流电压，也就是电源电压范围的 10%。一些制造商提供的 15kW 电源最大只能支持 150Adc，因此我们必须选择下一个可用的功率级别，通常是 20kW。因此，我们可以选择表 3 所示的一些常规点额定直流电源。

表 3：可用的点额定 100 伏直流电源

20 千瓦的大型直流电源价格昂贵，而且对于 1600 瓦的测试应用来说显然过大，但这是在一个测试电源上使用的唯一方法。与恒定功率范围的直流电源相比，我们可以将额定功率降低到 15 千瓦，这样可以节省约 40% 的电源成本，并提供两倍于所需的测试电压，以及在最低测试电压下额外 50A 的直流电流。同样超大，但功率更小、成本更低。此外，DCS200-210 所占的机架空间只有这些同类电源的一半。比较见表 4。

表 4：APS 恒功率直流电源

示例 2：光伏逆变器测试

另一个典型的测试是光伏逆变器测试。在产品测试开发过程中，通常不会使用实际的太阳能电池板来提供直流输入电压，而是使用可编程直流电源来驱动光伏逆变器输入。由于一天中的环境条件变化很大，光伏逆变器的设计工作输入电压范围很宽，以适应遮阳、太阳角度和一天中太阳在天空中移动的强度。因此，测试光伏逆变器需要很宽的测试电压范围。本例中使用的光伏逆变器的规格如下表 5 所示。

表 5：光伏逆变器直流输入规格

同样，为了满足 520 伏直流最大光伏输入电压和 50 安培直流最大输入电流的要求，点额定直流电源的额定功率必须达到 30 千瓦。有关可用型号的一些示例，请参见下表 6。

表 6：现有额定点 600V 直流电源

如您所见，这些设备的体积更大，成本也很高。相比之下，使用表 7 所示的 DCS750-70。它不仅功率只有原来的一半，成本也不到原来的一半，而且在测试系统中只占所需机架空间的 1/2 或 1/3。

表 7：APS 恒功率直流电源

摘要

APS DCS 系列等现代设计的恒功率直流电源可为测试应用节省资金和空间。与传统的点额定直流电源相比，同一款直流电源可以支持更广泛的电压和电流组合，因此也为研发实验室提供了更大的灵活性。
有关 DCS 电源的技术信息和可用电压、电流和功率组合概览，请参阅 https://adaptivepower.com/products/dc-supplies/DCS-series/ 的产品信息页面，或拨打 Adaptive Power Systems 免费电话 +1 (866) 517-8400。

什么是 "恒定功率"，它是如何工作的？

1.所选电源的大小必须大于被测设备的实际功率要求。因此，大多数时候使用的电源都低于其最大额定功率、电压和/或电流。

2.一旦选定，直流电源的应用范围就会受到功率和电压范围的限制。在上例中，250 伏直流电源不能用于任何需要 250 伏以上直流输出的应用。