數位控制於明緯電源產品應用

文 / 台灣明緯 研發部 黃士榮

評估一個電源系統的性能指標很多，諸如效率、功率密度、穩壓率、可靠度、價格/功率比、電磁干擾等。
傳統電源供應器的控制主要以類比方式實現，其優點是成本低、電路簡單、反應速度快；但缺點則是常僅能提供特定功能，使用介面簡單不適合複雜電源系統的整合，控制迴路補償不易調整等。數位電源為採用具可程式化介面的電源轉換器，針對不同的應用，可藉由軟體更改，設定不同的操作模式與控制參數，滿足來自於不同應用的需求。
電源管理主要目的是在眾多且變化劇烈的電源供需之間，得到一個最佳化的操作程序；為達到這個目的，採用微處理器透過軟體控制方式可實現動態的電源管理功能。因此，數位式控制設計的電源產品需求將越趨重要。 而明緯也早已導入數位控制產品開發，目前擁有多元的產品類別可供選用。

數位電源的定義與設計類型
數位電源大致上可分為兩大類：
其一是僅具對外數位介面溝通的【電源管理】設計
例如管理匯流排(PMBus)和I2C等電源管理解決方案。它提供的數位介面功能，會因使用者需求而異；從基本的電壓、電流、溫度等監測資料，到能夠下達改變內部類比電源電路輸出功能的指令。

其二是純數位控制的【電源產品】設計
純數位電源的設計可細分成三種類型：
一、採用數位訊號處理器(DSP)設計的數位電源方案。
二、採用微控制器(MCU)為核心的數位電源方案。
三、採用可程式化邏輯閘陣列(FPGA)設計的數位電源方案。

系統由DSP、MCU或FPGA等做控制的系統，藉由控制器送出脈衝調變訊號(Pulse Width Modulation；PWM)控制類比功率元件；達到輸出電壓、電流調整的目的。
AC-DC產品因功率級別差異，適用的拓璞架構有很多種，如全橋、半橋、正激、返馳式等。再加上若功率瓦數大於規範限制值情況下，對於功率因數(Power Factor)有校正要求。這類的設計多會採用運算速度較快的DSP進行設計，實現數位電源系統設計所需之靈活性。
一般的DC-DC產品，比較關心電源的轉換效率和即時監測數據；以MCU晶片做設計的數位電源方案，較可達到低成本要求。
至於FPGA的選用，會比較偏向於DC-DC以及著重在資料處理方面的應用；若要設計於AC-DC產品，則另需再搭配A/D轉換介面元件。系統使用上的靈活度比教受到侷限。

可程式化LED燈控產品 (DALI)
Digital Addressable Lighting Interface - DALI也就是數位化可定址調光介面；目前明緯已完成多個家族系列具DALI功能的產品開發，對我們而言是技術非常成熟的產品設計。
一個符合DALI 標準之照明系統，對每一個電子裝置ECG ( Electrical control gear )下命令，都可做出適當的回應，如調光、調整參數或回報狀態等。能夠讓使用者依不同應用需求，對照明設做調整控制。

高智能電池充電器產品
明緯所推出智慧型充電器，具有電壓誤接、電池逆接、未接電池偵測及電池不良檢測功能。設計上採用微處理器做電源管理，提供兩段式(簡易快充)、三段式(快充後浮充)或八段式(最適化完全充電)充電功能，使用者可依實際需求調整選取合適的充電曲線。
因應不同廠牌或電池種類(鉛酸電池，如flooded加水式、Gel膠體式、AGM吸附玻璃纖維式等，或鋰電池，如鋰鐵、鋰錳等)所需求的特殊充電曲線，與各種保護功能之調整，透過內部軔體的修改可完美達到各種客製化之需求。
功能上可針對某一區段的充電電壓、充電電流、截止電壓/電流等參數進行調整，亦可取消特定的保護功能。

純正弦波變流器產品(Inverter)
直流/交流純正弦波變流器(DC/AC True Sine Wave Inverter)系列，採用微處理器(MCU)數位化控制。可透過面板功能設定鍵或監控軟體來彈性調整輸出電壓、頻率、啟動或關閉省電模式、切換不斷電模式或節能模式。
產品內建有市電充電器(AC Charger)與太陽能充電器(Solar Charger)，當外接電池組與太陽能面板，即可建構一個綠色節能的獨立電源供應站，達成綠色環保之節能訴求。

明緯亦有開發單相併網型太陽能變流器(Grid-type)，有效轉換由太陽能模組所收集的光伏直流電能，高效率轉換成交流電直接饋入電網，達到發電與節能的直接效益。
內部採用數位信號處理器DSP，使用先進之數位控制技術與策略，提升轉換效率及附加功能。系統可經由遠端監控透過軟體方式，提供使用者相當方便的電力監控與記錄之功能，不需增加額外的監控系統。

新一代的高功率密度電源產品(1U profile)
以DSP作全數位式設計，並著重幾項主要功能特別納入設計規劃，故在產品開發時，即要求針對產品的散熱方式、可程式化應用與節能減耗等項目進行技術上的提升與突破，以期達到滿足使用者的最大需求的高附加價值。 其中，可程式化控制輸出電壓與輸出電流的設定與調整，充分滿足使用者彈性變化需求。
另外，為因應大功率方面需求，藉由數位式控制使得並聯特性更加穩定，可並聯工作台數大幅增加。可程式化的輸出電壓與輸出電流設定及多台數並聯功能的搭配，可充分滿足不同使用者的需求，為最佳的電源設備選用方案。

結語
數位化產品的開發也意味著各監控參數能更完備、輸出電壓與輸出電流的控制精度能更細微、能量控制時序也能更彈性。 明緯致力於數位化智能產品開發已有相當成果，產品系列齊備且種類多元；未來將朝向於電源系統、智能照明與樓控等方面，讓客戶有更完備的產品種類可選擇。

高瓦數LED電源應用於植物園藝產業

文 / 美國明緯 Kai Li

室內傳統植物燈對園藝市場來說並不陌生，但隨著LED快速發展且日漸普及，LED植物生長燈對園藝產業也同時帶來了革命性的變化。
與傳統的植物燈(例如: HID)相比，LED燈具效率更高，壽命更長，最重要的是具備光譜可控性。儘管使用LED技術的前期成本較高，但因具備高效率與長壽命的優點，長期看來成本是降低的，更不用說LED的技術成本正緩步下滑中。此外，透過改善特定植物的光源品質，其光譜和強度可控性可達到最佳的效果，將可大幅提升植物的產量。

電源供應器對於Over Voltage Category(OVC) III應用與要求

文 / 歐洲明緯 吳懷文博士

過壓類別的概念用於直接從低壓(<1000Vac)電源供電的設備。類似的概念也可以用於連接到其他系統的設備，例如電信和數據系統。過壓類別規範相對應的瞬態過電壓，例如雷擊或是不穩定的電力，來決定用電設備裝配的地點，並確保於來自一次側的高電壓不會穿過二次側且提供足夠的安全度如圖一所示。明緯電源供應器起初為設計為供應過電壓設備II類使用，近年不僅是工業控制甚至是樓宇自動化應用皆有越來越多的過電壓設備III(較嚴苛)類的電源供應器需求，故本篇為此做說明與分析。

植物生長燈產生的光源屬於人造光源，通常是電光通過放射出適合於植物光合作用的電磁光譜來刺激植物生長。植物生長燈通常作為自然光的補充光照亦可完全替代自然光

圖 1 符合過電壓類別是為了提供相對應的安全等級

過壓類別的分類
根據IEC 60664-1 2007 低電壓系統設備之絕緣搭配 第一部:主旨，試驗及規定:

過電壓設備I類(OVC I) 是與電路連接的設備，其中採取措施將瞬態過電壓限制在適當的低電平。這些措施應確保可能發生的臨時過電壓受到充分限制，使其峰值不超過表1“設備的額定脈衝電壓”的相關額定脈衝電壓。應用範圍為包含受此級別保護的電子電路的設備。除非電路設計為考慮臨時過電壓，否則I類過電壓不能直接連接到電源。

過電壓設備II類(OVC II) 是從固定設備供應的能耗設備。應用範圍為家電，便攜式工具及其他家用及類似負載，如圖2所示在AC插座負載後即為II類。如果這種設備在可靠性和可用性方面受到特殊要求，則適用III類過電壓。

過電壓設備III類(OVC III) 是固定設備的設備，以及設備的可靠性和可用性受特殊要求的情況。應用範圍為固定安裝開關和工業用設備，可與固定安裝永久連接。

過電壓設備IV類(OVC IV) 用於安裝的起點。應用範圍為電錶和初級過流保護設備。

表1顯示出，歐洲市電230Vac其過電壓設備III類下的額定脈衝電壓可得為4000V，相較於北美市電120Vac其過電壓設備III類下的額定脈衝電壓可得為2500V，選用符合較嚴苛的歐洲規範的同等級類過壓類別產品也可符合北美需求。這裡要說明的是額定脈衝電壓並非為規格說明書裡的耐壓，但兩者有√2的數學關係，也就是4000V的額定脈衝電壓可等比為2800V的耐壓。表1僅顯示基本絕緣的額定脈衝電壓值，若是雙重或加強絕緣則其電壓需往上跳一級。另外符合過電壓設備III類的可向下相容於過電壓設備II，I類的應用環境。

表 1 直接從低壓電源供電的設備其額定脈衝電壓 (IEC 60664-1)

圖 2 圖示過壓類別（OVC）安裝場合

OVC III電源供應器的應用場合
近年來因應工業4.0需求，有一些機器人控制器產品為了滿足IEC60204-1標準，通常需要在電網和供電電源之間串接一個AC變壓器，如下圖所示：

圖3 工業機器手臂應用使用OVC II或III級電源供應器

但如果供電電源自身能夠滿足OVC III標準，那麼用戶就可以免除這個AC變壓器，又能夠同時達到IEC60204-1要求，這不僅節省了用戶的設備空間，也縮減了產品成本，從而能夠提高用戶的產品競爭力。

另一種應用場合為，OVC III的電源供應器可用於工業用設備或是永久連接的固定安裝設備。可參考對應的應用層法規為:

圖4
引據IEC 61558-1：2009版2.1內文，電源供應器初級和次級採用雙重絕緣設計
或是加強絕緣設計是滿足OVC III要求考量

目前MEAN WELL已取證EN61558-1的產品系列: LRS-35/50/75/100/150/150F，RSP-75/100/150，HDR-15/30/60/100，KNX-20E，OWA series，將會更改產品規格書如下圖以補充說明符合OVC III，其中因為OWA系列為成品類已帶AC 插頭，故據OVC II應用已足夠，因此產品規格書暫不更動。

圖 5 更新符合OVC III的電源供應器的規格書

圖5 中有說明電源供應器符合OVC III的條件對於高度海拔僅到2000m，超過2000m則降為OVC II，雖然產品留有足夠的空間距離至5000m (原2000m距離 x 1.48 factor)，但因為按照61558規定，產品還需測試相對應的脈衝電壓，而又產品的最高OVC III脈衝電壓僅測試到2000m，故應用於超過2000m海拔須降為OVC II(較低的測試脈衝電壓)確保所需的測試脈衝電壓，不會因高度加權而超過已測過的最高脈衝電壓。

使用OVC II 機型系統符合OVC III 應用
至於沒有EN61558-1安規證書的電源供應器要如何使用於OVC III的應用?有兩個解決方案: 1) 根據本文前述於輸入端串接一個AC變壓器; 2) 使用對應的突波吸收器: 例如使用Type 2*的突波吸收器使之後的電源供應器可以接受使用OVC II類。雖然以上方案會增加成本與空間，但在系統考量下也許還是可以接受的解決方案。

*細節可上網查詢突波吸收器相關應用文章
結論
根據EN61558-1安全規範所設計的電源供應器適合於過電壓設備III類(OVC III)的應用環境使用，跟以往的解決方案比較，除了節省了用戶的設備空間，也縮減了產品成本，進而提高用戶的產品競爭力。目前適用的產品系列為: LRS-35/50/75/100/150/150F，RSP-75/100/150，HDR-15/30/60/100，KNX-20E，OWA series(雖未於規格書顯示)，明緯對於新開發的產品，尤其是工業控制應用，也會持續確保符合OVC III設計，以增加競爭力，方便系統整合。

新產品訊息
KDA-64~KNX/DALI 閘道器

KDA-64是一款可以將具有數位定址式DALI調光控制技術的照明設備和內建有全球樓宇自動化標準KNX協定技術的設備連接起來的網關控制器。透過KDA-64的控制與信號的轉換，可以輕鬆地將室內原有的DALI照明控制器或LED燈具透過簡易的連接方式，提升到具有更高端的KNX的樓宇自動化控制系統中。
KDA-64除了可控制最多64個具有DALI技術的照明設備開關與調光外，還可保存或調控16個預先透過程式設定並預存於控制器中的情境照明模式。 此外，還有燈光效果控制器可供使用者自行選定或使用，通過與LED照明設備或LED的照明系統群組連接，即可以達到動態控制或設定的LED照明效果。除可以通過DALI控制器的介面調節燈具群組的亮度，還可以通過單獨的DALI設備進行個別燈具控制的模式。
KDA-64的上市，可讓LED燈具的系統設計者或使用者，透過簡易的配接並於電腦上透過清楚的軟體介面進行輕鬆地的設定後，完整的讓具有DALI調光技術的LED燈具控制系統輕鬆的整合到最新的全球樓宇自動化標準協定的KNX系統中。

特點

•KNX認證網關
•簡易配置和安裝
•最多可連接64個DALI驅動程式
•內置DALI電源
•LCD 2x12顯示幕
•通過按鈕進行照明控制
•通過集成的網路服務器進行照明控制
•多達16個DALI照明組設置
•多達16個DALI場景設置
•3年保固

應用

KDA-64 Series 下載：http://www.meanwell.com/webapp/product/search.aspx?prod=KDA-64