文章快訊

直流電源供應器能到抽電流嗎? 再生雙向電源是甚麼?

2023-08-05 量測儀器, 電力電源, 電源 Power, 電錶Meter 0

一般電源供應器的功能不外乎就是輸出電流給裝置，但是在某些情況下，裝置本身會反向送出電流，這時候會發生甚麼事呢? 這時候其實有很高的機會傷到電源供應器，這時候就需要使用雙向電源供應器。

但有甚麼裝置可能會反向送出電流呢? 馬達就是一種，以電動車為例，馬達可以接受電流輸入而驅動車子，所以車子可以走上坡；但如果車子下坡時，就會變成是車子的滑動來驅動馬達，此時馬達就變成發電機，這時電源供應器也要能接受來自馬達的電流流入才不會受傷。

雙向電源供應器

如果測試的負載是大功率的馬達，那我會建議最好是使用雙向電源供應器，這樣才能吸收反向的電流。而雙向電源供應器的構造，它是有一組電路負責雙向電流的功能如下圖，所以無法用一個傳統電源供應器與一個電子負載的組合來理解，它的電路設計本身就具備了雙向電流的功能。

雙向電源電流的輸出與輸入

假設將雙向電源的電壓設定為5V，同時接上一個USB裝置，USB上電之前電壓為0V，供電之後電壓會被拉到5V，於是USB裝置啟動如下圖。

如下圖現在若把負載變成一個7.4V的電池，會發生甚麼事呢? 這時候由於負載的電壓比較高，所以電流會流入電源供應器。

只不過電流流入時，電池與電源交界處的電壓會是7.4V還是5V呢? 這基本上就要看雙方的電流容量了，第一種情況，如果電池的電流容量遠大於電源，表示電池送出的電流可以輕鬆輾壓電源，也就是說電池的電流直接達到電源的電流上限，所以這時電源只能配合拉高電壓，所以電源與電池交界處的實際電壓會比較接近電池的7.4V。

第二種情況是電池的電流容量遠小於電源，表示電池不管怎麼送出電流，電源端都能照單全收，所以交界處的電壓會比較接近5V。實務上電池與電源兩者的電流容量都不會無窮大，但總是會有個相對的大小，所以電壓應該會介於5V與7.4V之間，下圖只是我隨便舉例的7.01V。

雙向應用場景

前段的說明是把雙向電源放在兩個獨立的應用場景，一個放電一個充電。那有沒有二合一的場景呢? 這個場景就是電動車，例如馬達在上坡時是由電源供電來驅動車子，但是在下坡時則是由車身驅動馬達產生電流，此時電流會反向流入電源供應器，這對馬達來說就可以有煞車的效果，這稱為Regenerative braking。

再生雙向電源供應器

剛才提到了一個名詞Regenerative，它是再生的意思，因為前段的應用是把馬達自然產生的電流拿來當煞車使用，這樣就達成能源再利用的目的，如此可以減少實體來令片的損耗，也不會產生太多熱能。

那麼雙向電源長甚麼樣子呢? 我貼一台來給各位看一下如下圖，這是固緯電子代理的TEXIO PBW，這台PBW的全名是Regenerative Bidirectional Power Supply，中文稱為再生雙向電源供應器。

而剛才提到的雙向電源供應器，由於可以接收外部電流，而這些電流收下來之後如果不拿去做煞車或消耗掉，那還能做甚麼用呢? 是不是可以回收再利用呢? 由於雙向電源供應器通常都用於像是電動車這種大功率的測試場景，所以應用的電流都很大，也許上百安培，所以最好的方式就是把這些收到的電流，再投入實驗室的電源系統內，概念上大約如下圖。

如果把剛才介紹的PBW拿來測試電動車的DC to DC轉換器的話，接線應該如下圖，PBW只能接受三相電源。由於DC/DC轉換器的電流方向可能往右或往左，所以兩邊的電源一邊是輸出的話，另一邊則是輸入。輸入電源的那一方，當然只能從市電抽取電流來送給Converter，但輸入電流的那一方，難道只能把電流吃下去變成熱能嗎? Regenerative的雙向電源就可以避免這個現象，它能將輸入的電流轉為市電再接回電網，這樣就不會浪費電了。