Verwendung von Gleichspannung anstelle von Wechselstrom zur Versorgung von SMPS

Situation:
Sie haben einen Akku mit einer Spannung von 300V. Sie haben einige Geräte für 250 V AC. Diese Geräte haben SMPS im Inneren.
Behauptung:
Anstatt einen Wechselrichter zu verwenden, können Sie auch Gleichspannung verwenden, um SMPS in Ihren Geräten zu versorgen.
Begründung:
250 V AC haben eine Spitzenspannung um 350 V. Die erste Stufe von SMPS korrigiert 250 V AC auf etwa 300 V DC. Diese Spannung wird dann verwendet, um eine weitere Stufe von SMPS zu versorgen, aber das ist für diese Frage nicht wichtig. Grundsätzlich kennt SMPS ab der zweistufigen SMPS-Stufe keinen Unterschied zwischen AC- und DC-Versorgungsspannung.
Vorteil:
0 Wechselrichterkosten, 0% Verluste bei DC / AC-Wechselrichtern
Nachteil:
Sie können diese Methode ausschließlich für Geräte mit SMPS verwenden.
Frage:
Gibt es etwas, das ich verpasst habe? Gibt es einen Grund, warum dies nicht funktionieren würde?

Ich habe praktische Erfahrung mit PC-Netzteilen. So ziemlich jedes moderne ATX-Netzteil enthält einen Hauptabschnitt (der bei eingeschaltetem Netzteil die volle Leistung liefert) und einen winzigen Abschnitt für + 5VSB. In einem anständigen Netzteil sind beide SMPS, dh sie enthalten keinen klassischen Nur-Eisen-Kern-Wechselstromtransformator (der sicherlich durchbrennen würde, wenn er über ein Gleichstromnetz gespeist würde).

Es gibt immer noch einige billige ATX-Netzteile auf dem Markt, die keine richtige SMPS-basierte PFC-Stufe enthalten oder eine sogenannte "passive" PFC verwenden, die im Wesentlichen eine Induktivität in Reihe ist ... Netzteile mit einer passiven PFC In der Regel muss ein Schalter für 120 vs. 240 V AC konfiguriert werden oder (hier in Europa) "nur 240 V" mit einem bescheidenen Toleranzspielraum. Für den DC-Betrieb mag ich die billige Variante nicht sehr - ich weiß nicht genau, was ich von der kräftigen Induktivität am Eingang bei transienten Ereignissen erwarten soll (Ein- / Ausschalten - wahrscheinlich kein großes Risiko, aber Sie sollten besser aufpassen ) und auch, weil meine Kunden normalerweise eine DC-Netzschiene haben, die "irgendwo dazwischen" liegt, wie z. B. 250 V DC.

Wie Sie erwähnt haben, betragen die direkt gleichgerichteten Spitzenspannungen etwa 340 V DC, abgeleitet von 240 V AC, oder 170 V DC, abgeleitet von 120 V AC (das Verhältnis ist eine Quadratwurzel von 2). Daher ist 250 V DC wahrscheinlich zu niedrig für ein Netzteil mit 240 V AC (= 340 V DC). Das Netzteil würde entweder den Betrieb verweigern oder eine Wärmeüberlastung der Primärwicklung riskieren (aufgrund des zu großen Stromflusses, um die niedrigere Spannung auszugleichen). Dieses letztere Risiko hängt stark von der tatsächlichen Last ab, die an der Sekundärseite angebracht ist.

Netzteile mit aktivem PFC haben normalerweise einen breiten Eingangsbereich, wie z. B. 100 - 240 V AC (140 bis 340 V Sinuswellenpeak). Dies liegt daran, dass die SMPS-PFC-Stufe tatsächlich als Aufwärtswandler arbeitet, mit einem relativ kleinen Kondensator am Eingang, der der Sinuswelle folgt, und der jede Spannung, die Sie ihm geben, in etwa 400 V DC im Hauptprimärkondensator des Netzteils hochkonvertiert - für den Hauptausfall -Umbau der Bühne, um einen "schönen Level-Spielplatz" zu haben.

Das Minimum von 140 V DC am Eingang der PFC-Stufe ist tatsächlich umstritten. Die PFC-Stufe verwendet eine spezielle Schaltung, die ihren Stromzug regelt, um der Eingangswellenform "gleichgerichtete Sinuswelle" zu folgen. Ich denke, es wird ein "aktueller Spiegel" genannt, der eher nach der Nomenklatur "op-amp internals" (siehe auch "long-tailed pair") klingt, als nach einem Begriff, der für PFC-Controller spezifisch ist ... so oder so Die Schaltung moduliert die PWM so, dass der Stromzug synchron mit der Eingangsspannung schwankt, um eine ohmsche Last nachzuahmen ... und wenn die Eingangsspannung vollkommen konstant ist, sollte dies zu einem vollkommen konstanten Stromzug führen, oder? Zurück zum Minimum von 140 V DC (für 100 V AC): Beachten Sie, dass der PFC- "Stromspiegel" bei 100 V AC immer noch danach strebt, der Sinuswelle zu folgen. es funktioniert also tatsächlich mit viel niedrigeren Spannungen. Und bei 100 V AC (140 V Spitze) = bei dem entsprechenden Strom (etwas sinusförmiges Ief) hat es immer noch erträgliche Verluste = Wärmeableitung. Wenn mit Gleichspannung gespeist wird, kann wohl ein ähnliches Maß an Verlust und Wärme bei 100 V DC anstelle von 140 V DC erzielt werden, vereinbart?

Der einzige Punkt, an dem Sie etwas zweifeln können, ist die Graetz-Eingangsbrücke, die nur in der Hälfte der Dioden beansprucht wird - dies ist jedoch normalerweise kein Problem.

Ein etwas subtiles Problem bleibt bestehen: Einschaltbegrenzung. AFAICT, selbst die mit modernen PFC ausgestatteten Netzteile leiden tatsächlich unter dem Einschaltstrom, wenn die große Primärkappe aufgeladen wird (= bei einem ATX-Netzteil geschieht dies, wenn Sie das Netzkabel anschließen und nicht, wenn Sie den PC mit Strom versorgen -auf Knopf). Die Boost-Topologie der PFC-Stufe allein enthält keine Einschaltbegrenzungsvorrichtung (außer vielleicht für die Drossel, aber das ist relativ klein). Wenn das Netzteil mit einem NTC für das Einschaltlimit ausgestattet ist, funktioniert es wahrscheinlich auch für Gleichstrom. Wenn das Netzteil einen Thyristor-basierten (PWM-basierten) Einschalt-Softstarter enthält, wäre dies ein Problem, da das Netzteil entweder überhaupt nicht funktionieren würde oder die Thyristoren nicht abschalten würden und es eine Hölle geben würde Einschaltstrom:

Die Einschaltimpulsbegrenzung ist selbst bei DC-Netzschienen mit niedrigerer Spannung (<50 V) ein Schmerz - ein Problem, das kaum jemand angehen möchte, bis es zurückkommt, um sie zu beißen ...

In Bezug auf die Überstromsicherheit: Personen, die in ihren Automatisierungsgeräten mit Gleichspannung mit höherer Spannung arbeiten (einige Mitarbeiter von Eisenbahnen und Umspannwerken), verwenden normalerweise spezielle Modelle von Leistungsschaltern, die für den Gleichstrombetrieb bei der gewünschten Spannung spezifiziert sind. Sie sehen Ihren normalen AC-Leistungsschaltern auf der DIN-Schiene sehr ähnlich, haben jedoch die besondere Eigenschaft, dass sie einen Gleichstrom abschalten können. Jedenfalls bis zu einem bestimmten Strom- und Spannungsniveau. Siehe auch "Leistungsschalterselektivität".

Insgesamt habe ich mich wäre sehr Angst vor der DC - Spannung , sollten Sie jemals einen blanken Draht versehentlich berühren. Sobald Sie erwischt werden, werden Sie nicht mehr gehen. Nicht sehr gut für den Hausgebrauch.

Ja, das kann man machen.

1. Ihr Gerät darf nur ein SMPS verwenden (kein versteckter Transformator oder blockierende Kondensatoren).
2. Ihr Gerät muss doppelt isoliert sein (hat keine externen Anschlüsse oder freiliegenden Metallteile, die normalerweise mit Masse verbunden sind.)

Das deutsche Computermagazin hat in einer kürzlich erschienenen Ausgabe (Anfang 2016 - Link nur Deutsch, nicht der vollständige Artikel), in der genau diese Sache getestet wurde, nicht mehrere Geräte getestet. Sie fanden heraus, dass viele Geräte mit einer Gleichspannung weit unter 100 VDC betrieben werden, was es einfach machte, Batteriepacks zu bauen, um Geräte für Wechselstrom zu versorgen.

Der minimale Gleichstrom, der zum Betrieb eines Wechselstromgeräts erforderlich ist, hängt vom Design des SMPS ab. Ich erinnere mich, dass einige mit weniger als 40 VDC betrieben wurden, während andere höhere Spannungen benötigten.

Achten Sie auf Geräte, die nicht doppelt isoliert sind. Wenn das Gerät voraussichtlich geerdet ist, dies jedoch nicht, können gefährliche Spannungen an freiliegenden Metallteilen auftreten.

Dieses letzte Bit ist besonders wichtig, wenn Geräte wie Oszilloskope mit freiliegenden Erdungsverbindungen verwendet werden.

Es gibt einige gute Erklärungen dafür, warum dies hier auf EESX gefährlich ist.

Wie von frr angegeben, können die Geräte heißer laufen, wenn sie mit der niedrigeren Gleichspannung betrieben werden. Dies kann dazu führen, dass das Gerät früher ausfällt als wenn es nur mit dem angegebenen Wechselstrom betrieben wird.

Wie es in den Kommentaren gesagt wurde. Es ist möglich, die meisten smps-Einheiten direkt von einer Gleichstromquelle zu verwenden. Daher können Sie die Kosten eines Wechselrichters sparen. Eine Situation sollte nicht übersehen werden. Einige Geräte verwenden die Netzfrequenz zum Zählen und / oder Timing. Diese Situation ist von der Außenseite des Geräts nicht immer sichtbar.

Dies betrifft nur einen Teilmengenfall, verdient jedoch eine geringfügige eigenständige Antwort (anstelle eines Kommentars, der gelöscht oder übersehen werden kann).

Einige Netzteile nutzen die Variation des Wechselstromeingangs, um einen gleichmäßigeren Gleichstromausgang zu erzielen, als dies bei einer Gleichrichtung und einem bestimmten Grad an Glättung der Fall wäre.
Der Betrieb dieser Schaltungen am Gleichstromeingang verstößt gegen die vom Schaltungsentwickler getroffenen Annahmen und kann Auswirkungen auf die Verlustleistung oder andere Funktionen haben.

Ein Beispiel sind "Talfüllkreise" (Wikipedia), die Kondensatoren bei hoher Eingangsspannung in Reihe laden und dann bei niedrigeren Spannungen parallel entladen, wenn Vin in Richtung des AC-Nulldurchgangspunkts fällt. Diese Schaltungen sind häufiger bei bescheidenen Stromversorgungsanwendungen wie LED-Beleuchtung anzutreffen, bei denen die Vermeidung von durch Netzfrequenz induziertem Flimmern wichtig ist. Diese ähneln einigen unten erwähnten Leistungsfaktorkorrekturschaltungen, aber der Hauptzweck ist möglicherweise nicht der gleiche. (Mit LED-Treibern kann die Anordnung die Flimmerleistung verbessern und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften verbessern.)

C1 und C2 werden in Reihe geladen und parallel entladen - fungieren als Vin_high-Halver, um während Perioden mit niedrigem Vin Strom zu liefern.

Von hier aus . Sie sehen dies als eine PFC-Korrekturschaltung.

verbunden

Was ist der Unterschied zwischen passiven und aktiven Leistungsfaktorkorrektoren?

Einige Netzteile verwenden Kondensatorspannungsverdoppler, z. B. "Universalversorgungen", deren Spannung sich bei Verwendung mit 100 VAC verdoppelt und bei Verwendung mit 230 VAC nicht verdoppelt. Der Betrieb mit gleichgerichteten 110 VAC würde fehlschlagen.

Leistungsfaktorkorrekturschaltungen wurden erwähnt. Eine Klasse von diesen erhöht Vin auf eine Spannung, die gleich oder höher als der Spitzenwert von Vinmax ist. Ob diese am Gleichstromeingang funktionieren würden, hängt vom Design ab.

Ja, es wird funktionieren, aber es gibt Bedenken hinsichtlich der Unterbrechungskapazität der internen Sicherungen, die für beispielsweise 250 VAC, jedoch nicht für 200 VDC angegeben sind. Was ist mit Netzschaltern? Die meisten Netzschalter sind nur Wechselstrom. Wenn Sie wissen, was Sie in Bezug auf Sicherungen und Schalter tun, fahren Sie fort, andernfalls nicht. Denken Sie daran, dass Gleichstromversorgungssysteme größere Schaltanlagen benötigen. Ich habe 12-VDC-SMPS von der Stange gesehen, die bei Umbauten von Elektrofahrzeugen verwendet wurden, bei denen die Betriebsspannung etwa 300 VDC betrug. Die 12 V wurden zur Versorgung mit Standardautoelektrik verwendet. Als die Debatte zwischen AC und DC am Leben war, wurde dies als einer der Nachteile von DC vorher postuliert Der 3-Phasen-Induktionsmotor hat es auf Wechselstrom eingestellt.