如何可靠地維持保全、安全和通訊系統的供電

住宅、商業和工業自動化廠房的基礎必須涵蓋多種保全、安全性和緊急通訊系統，以滿足保險要求和當地建築規範，並取得入住證書。這些系統的共同要素之一是都需要交流線路電源供應器來產生較低電壓的直流工作電源，並且都需要高度可靠的備用電池配置。

但是，僅提供基本的 AC-DC 電源和備用電源，對於現代建築和標準來說仍然不足。全面的、合乎標準的系統需要各種明確的警報指示，透過開關閉合指示特定的內部和外部故障情況。此外，當今智慧建築中的系統需要支援各種連接模式，以及實體安裝和操作模式的靈活性，如此才能滿足各種安裝、電池類型和其他變量的需求。

可以使用不同的子系統將 AC-DC 或 DC-DC 電源、電池充電和管理以及系統監督、管理和警報控制整合在一起，這可能可以讓應用設計達到完整最佳化。但代價呢？此過程既耗時又昂貴，並且會分散對主應用的注意力。此設計還必須由適當的監管機構認證，進而增加成本和設計時間。

另一種方法是使用多功能合一的整合式電源供應器，既能滿足核心效能要求，又能避免從頭開始設計的缺點。

本文介紹 MEAN WELL 的整合式電源供應器解決方案，接著討論大樓自動化對電力系統的需求。本文將探討這些複雜、智慧的電源子系統的特性和應用，以及如何提供無縫功能整合、靈活性和參數可編程性。

大樓管理和保全電源系統的新需求

商業辦公室或大型住宅建築的電力子系統預期將支援許多功能，其中一部分是高效率運作所需，而另一部分則是安全性和保全所需。需要電源軌支援的功能包括：

• 消防安全警報和系統
• 緊急通訊設備
• 緊急照明 (由於火災或其他停電狀況)
• 大樓門禁控制系統
• 中央火警及保全監控系統

電源子系統需依據建築物的大小，支援跨多個樓層的關鍵功能，並且是雙向的，且主交流 (或直流) 線路在可用時為電池充電，如果主線路不可用時，則由電池支援各種負載和子系統 (圖 1)。

圖 1：許多設備中的電源子系統必須支援多個樓層的需求，同時在主電源發生故障時管理電池充電和放電。(圖片來源：MEAN WELL)

充電和管理備用電池是主要考量因素之一，其提供不間斷電源系統 (UPS) 的關鍵作用，因此必須妥善監督。這方面沒有唯一的最佳方法，因為已廣泛使用不同電容量和類型的電池，包括鋰和鉛酸化學物質，每種都有自己的充電／放電準則。

此外，任何 AC-DC 或 DC-DC 電源除了需滿足更傳統的標準和建築規範要求之外，還必須滿足其他眾多標準和建築規範要求。由於先進建築架構的增加，以及在智慧建築中使用更多種技術，歐洲、美國和中國的機構已頒布安全和消防系統的安全法規，包括：

• 歐洲標準委員會 (CEN) EN 54-4：火災偵測和火警系統第 4 部分：電源供應器設備 (英國標準.BS EN. 54-4)。
• 美國：UL2524：ANSI/CAN/UL 建築內 2 向緊急無線電通訊增強系統標準。
• 美國：美國消防協會 NFPA 1221：緊急服務通訊系統的安裝、維護和使用標準。
• 中國：GB 17945-2010：消防應急照明和疏散指示系統。

此外，還有常用的基本交流電安全強制要求，以及電磁相容性 (EMC) 放射標準 (傳導、輻射、諧波電流和 EN55032 (CISPR32) 和 N61000-3-2 定義的電壓閃爍，以及 EMC 耐受性) (靜電放電 (ESD)、輻射、電快速瞬變 (EFT) 突發、突波、傳導和磁場)，符合 EN61000-4。

所有這些要求代表電源供應器單元 (PSU) 不僅僅是簡單的 AC-DC 或 DC-DC 電源。必須以高度的可靠性和效能供應、監督、管理和支援多種功能 (圖 2)。

圖 2：現代 PSU 有兩種主要角色：為各種負載提供較低電壓的直流電，同時提供高效能電池管理。(圖片來源：MEAN WELL)

封裝和安裝同等重要

實體尺寸、工作溫度範圍、冷卻和安裝考量也是重要的 PSU 因素。這些單元一般位於壁櫃中，通常空間和冷卻效果都有限。除了 PSU 和電池外，同一個壁櫃還可能納入建築物的資料和電信設備 (例如交換機和路由器)，因此空間非常有限，機架安裝的便利性是一項吸引人的特點。

整合式電源供應器滿足大樓電源管理的要求

為滿足大樓自動化設計人員對效能、外形尺寸、安裝和設計簡化的需求，MEAN WELL 提供 DRS-240-12，是 12 V/20 A、240 W、多功能合一單元，以及 DRS-480-24，24 V/20 A、480 W 的較大型類似單元。DRS-240 系列中的其他單元提供不同的電壓／電流組合，包含 24 V/10 A、36 V/6.6 A和 48 V/5 A；至於 DRS-480 系列，可用的配對為 36 V/13.3 A 和 48 V/10 A。

至於置放和安裝，DRS-240 和 DRS-480 裝置可直接安裝在常用的產業標準 DIN 軌 (TS-35/7.5 或 15 型) 上。這可簡化安裝，並允許其他系統及其外殼輕鬆安裝在旁邊。此外，DIN 軌設計代表所有連接、指示器和讀數都在前方，無需後面板甚至側面開啟。這對佈線規劃、安裝、配置、測試和重新佈線 (如果需要) 都有好處。

這些壁櫃的可用空間非常寶貴，因此緊湊的 PSU 外形非常重要。DRS-240 單元僅 86 × 125 × 129 mm (寬 × 高 × 深)，而 DRS-480 單元為 110 × 125 × 151 mm (圖 3)。

圖 3：240 W (左) 和 480 W DRS (右) 單元的外形緊湊，安裝在標準 DIN 軌上；480 W 的單元稍大一些。(圖片來源：MEAN WELL)

這些機櫃和壁櫃的環境條件也對短期和長期效能提出挑戰。DRS 系列的所有款式額定值為 -30 至 +70˚C 以及相對濕度 (RH) 20 至 90% 無冷凝運作，採用自由空氣對流冷卻。每台 Telcordia SR-332 (Bellcore) 的可靠性為 56.47 萬小時 (最低)；DRS-240 單元的每台 MIL-HDBK-217F (25°C 時) 最低為 7.33 萬小時；DRS-480 單元則略低。

線路電源輸入連接到直流和電池管理輸出

有鑑於電網的變化以及對全球適用性和安裝簡易性的需求，輸入功率範圍也很重要。這些 PSU 指定用於 90 至 305 V 交流電和 127 至 431 V 直流電。這些單元中的許多功能專門用於電池的充電、放電、狀態指示和整體管理 (圖 4)。

圖 4：DRS PSU 的方塊圖顯示其內部複雜性以及專用於電池管理、充電／放電、指示燈和保護的電路數量。(圖片來源：MEAN WELL)

兩階／三階充電曲線和充電電流設置 (20%～100% 之間) 可由前面板上的 DIP 開關手動調整。最大可用電池充電電流是特定 DRS 型號提供的最大輸出電流的函數。電池充電演算法取決於負載，且充電參數的靈活性讓 DRS-240/480 能夠最佳化管理各種鉛酸和鋰電池。

由於電池功能十分重要，此系統還包括低電量指示燈和反接保護。這與其他功能相結合，提供一個堅固、可靠的電池子系統，可以從主電源充電，而且當主電源不可用時，能在 10 ms 內切換使用並提供其額定功率。

故障和問題總會發生

內部或外部條件不可避免會影響 PSU 達到所有指定功能。因此，DRS 單元除了上述電池電量不足和反向連接指示器之外，還包括短路、過載、過壓和過熱等條件的狀態指示。

值得一提的還包含 LED 和 Form C 繼電器提供的 AC 故障、DC 良好、電池低電量、充電器故障等關鍵操作狀態的實體狀態指示器 (圖 5)。Form C 繼電器有明確標記，並提供「乾式」觸點閉合，基於某些原因適用 (並且在某些情況下為強制)。

圖 5：使用者可由前面板看到所有電源連接、指示燈和繼電器觸點。(圖片來源：MEAN WELL)

提供明確的觸點閉合，有幾項優勢。由於已長期運用在應用中，因此可相容於舊系統和新系統，並且易於整合 (甚至是與外部閃光燈和響鈴等基礎裝置)；高度可靠且堅固耐用；開關閉合是系統可以提供的最明確指示，尤其是在電源問題可能會影響更多「電子」介面的操作時，例如開集極輸出甚至固態繼電器 (SSR)。

通訊同樣也是強制

現代 PSU 還必須為高階管理、設置和報告提供網路連接。PSU 的標準 DRS 系列支援 Modbus 鏈路，含 CAN 匯流排選項，也可以與市售的智慧編程單元搭配使用。此編程器用於外部設置與電池充電曲線和模式相關的參數，例如恆定電流 (CC)、遞減電流 (TC)、恆定電壓 (CV) 和浮動電壓 (FV)，以適應跨各產業使用的不同電池類型 (圖 6)。

圖 6：使用基於 Modbus 的編程器，使用者可以設置許多電池充電細節，為電池大小和類型達到最佳匹配。(圖片來源：MEAN WELL)

雖然 DRS 系列 PSU 提供許多功能和特性，但實際連接方式卻相當簡單。這是實際安裝中的重要優勢和偏好，特別是這些裝置經常會使用多年 (圖 7)。

圖 7：使用者看不到 DRS 系列 PSU 的內部複雜性和精密度，他們只需注意幾個前面板連接和指示燈。(圖片來源：MEAN WELL)

結論

MEAN WELL 的 DRS-240 和 DRS-480 系列電源供應器單元提供的不僅是基本的 AC-DC 或 DC-DC 轉換。它們是經過認可的電源管理解決方案，適用於消防安全和大樓保全系統 (包括緊急通訊設備)。如圖所示，DRS 電源將所有需要的功能整合到一個小型、高效率、可靠、易於安裝且連線的 DIN 軌封裝中，簡化了文件、安裝和操作，同時提供滿足一系列所需功能、特性和效能的監管規範。

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